一种碳纳米管水泥复合材料及其制备方法
【专利摘要】一种碳纳米管水泥复合材料及其制备方法，涉及材料【技术领域】，复合材料以水泥为基体材料，其中，基体材料的主要成分为硅酸盐水泥熟料；复合材料的各个组分的质量份数为：硅酸盐水泥熟料55-80份、石膏3-6份、碳纳米管6-15份、纳米氧化铝5-10份、硅酸铝纤维4-9份、液态环氧树脂10-20份、功能助剂4.5-8.5份和水35-55份。本发明提供的碳纳米管水泥复合材料具有高硬度、高强度和高韧性的特点，同时水泥的具有一定的耐高温抗氧化性能和耐腐蚀性能，同时具有良好的电学性能，是一种理想的水泥复合材料，可以作为特种功能水泥材料使用。
【专利说明】一种碳纳米管水泥复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料【技术领域】，特别涉及一种碳纳米管水泥复合材料及该复合材料的 制备方法。
【背景技术】
[0002] 碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构的一维量子材料，具有径向尺寸为纳 米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口的结构特点。
[0003] 碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力 学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不 断地展现出来。
[0004] 利用碳纳米管制备复合材料，利用碳纳米管优良的性能，成为复合材料技术的一 项重要发展途径。
[0005] 水泥，粉状水硬性无机胶凝材料，加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在水中 更好的硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。长期以来，它作为一种重要的胶凝材 料，广泛应用于土木建筑、水利、国防等工程。
[0006] 申请号为200810064075.0的专利文献"碳纳米管增强水泥基复合材料及其制备 方法"公开了一种碳纳米管增强水泥材料及其制备方法，该碳纳米管增强水泥基复合材料 主要是由碳纳米管、分散剂、增稠稳定剂、水泥掺合料、超塑化剂、消泡剂和水泥制成；制备 方法如下：将增稠稳定剂连续相混合液缓缓注入碳纳米管分散相混合液中；加入水泥掺合 料，搅匀，加热并超声搅拌，后真空除泡；接着加入到超塑化剂与水混合液中搅匀，用消泡剂 进一步除泡；最后加入水泥搅匀，浆料装入油模振实成型；拆模，再标准养护至预定龄期即 可。由此可知，该技术方案是利用分散剂将碳纳米管分散进入水泥基体，构成的一种水泥基 复合材料，材料的性能得到提高。但是，同样受到水泥本身性能的限制，并不能有效发挥碳 纳米管的性能，这是一种不太理想的利用方式。
[0007]
【发明内容】
本发明解决的技术问题：针对上述不足，克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一 种碳纳米管水泥复合材料及其制备方法。
[0008] 本发明的技术方案：一种碳纳米管水泥复合材料，以水泥为基体材料，其中，基体 材料的主要成分为硅酸盐水泥熟料； 复合材料的各个组分的质量份数为：硅酸盐水泥熟料55-80份、石膏3-6份、碳纳米管 6-15份、纳米氧化铝5-10份、硅酸铝纤维4-9份、液态环氧树脂10-20份、功能助剂4. 5-8. 5 份和水35-55份； 其中，功能助剂包括消泡剂〇. 5-1份、表面活性剂1-2份、流平剂0. 5-1. 5份和水泥外 加剂2. 5-4份。
[0009] 作为优选，所述消泡剂为有机硅氧烷。
[0010] 作为优选，所述表面活性剂为合成磺酸钙。
[0011] 作为优选，所述流平剂为烷基改性有机硅氧烷。
[0012] 作为优选，所述水泥外加剂为水解聚马来酸酐。
[0013] -种碳纳米管水泥复合材料的制备方法，制备步骤如下： (1) 将硅酸盐水泥熟料、石膏、纳米氧化铝和硅酸铝纤维放入球磨机研磨混合均匀，制 成混合粉料； (2) 将碳纳米管分散在液态环氧树脂，搅拌均匀； (3) 将步骤（2)得到的混合物与水和功能助剂混合均匀，超声搅拌5-10min; (4) 将步骤（3)得到的混合液加入到步骤（1)的混合粉体中，搅拌均匀之后，在室温下 静置3-6h，即得到碳纳米管水泥复合材料。
[0014] 有益效果：本发明提供的碳纳米管水泥复合材料，是利用碳纳米管的优良性能和 水泥相结合，以提高水泥的力学和电学性能。
[0015] 首先，以硅酸盐水泥熟料为主要材料；加入纳米氧化铝和硅酸铝纤维，提高水泥的 硬度和韧性，构成一个稳定的高性能的水泥基体材料； 其次，将碳纳米管分散于液态环氧树脂中，并通过多种功能助剂，将碳纳米管均匀分散 于水泥基体中，更好的发挥了碳纳米管性能。
[0016] 因此，本发明提供的碳纳米管水泥复合材料具有高硬度、高强度和高韧性的特点， 同时水泥的具有一定的耐高温抗氧化性能和耐腐蚀性能，同时具有良好的电学性能，是一 种理想的水泥复合材料，可以作为特种功能水泥材料使用。
【具体实施方式】
[0017] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是 应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的 限制。
[0018] 实施例1 : 一种碳纳米管水泥复合材料，以水泥为基体材料，其中，基体材料的主要成分为硅酸盐 水泥熟料； 复合材料的各个组分的质量份数为：硅酸盐水泥熟料55份、石膏3份、碳纳米管6份、 纳米氧化铝5份、硅酸铝纤维4份、液态环氧树脂10份、功能助剂4. 5份和水35份； 其中，功能助剂包括有机硅氧烷消泡剂〇. 5-份、合成磺酸钙1份、烷基改性有机硅氧烷 0. 5份和水解聚马来酸酐2. 5份。
[0019] 根据本发明提供的制备方法制备碳纳米管水泥复合材料，制备步骤如下： (1) 将硅酸盐水泥熟料、石膏、纳米氧化铝和硅酸铝纤维放入球磨机研磨混合均匀，制 成混合粉料； (2) 将碳纳米管分散在液态环氧树脂，搅拌均匀； (3) 将步骤（2)得到的混合物与水和功能助剂混合均匀，超声搅拌8min; (4) 将步骤（3)得到的混合液加入到步骤（1)的混合粉体中，搅拌均匀之后，在室温下 静置5h，即得到碳纳米管水泥复合材料。
[0020] 实施例2 : 一种碳纳米管水泥复合材料，以水泥为基体材料，其中，基体材料的主要成分为硅酸盐 水泥熟料； 复合材料的各个组分的质量份数为：硅酸盐水泥熟料80份、石膏6份、碳纳米管15份、 纳米氧化铝10份、硅酸铝纤维9份、液态环氧树脂20份、功能助剂8. 5份和水55份； 其中，功能助剂包括有机硅氧烷消泡剂1份、合成磺酸钙2份、烷基改性有机硅氧烷1. 5 份和水解聚马来酸酐4份。
[0021] 根据本发明提供的制备方法制备碳纳米管水泥复合材料，制备步骤如下： (1) 将硅酸盐水泥熟料、石膏、纳米氧化铝和硅酸铝纤维放入球磨机研磨混合均匀，制 成混合粉料； (2) 将碳纳米管分散在液态环氧树脂，搅拌均匀； (3) 将步骤（2)得到的混合物与水和功能助剂混合均匀，超声搅拌lOmin; (4) 将步骤（3)得到的混合液加入到步骤（1)的混合粉体中，搅拌均匀之后，在室温下 静置6h，即得到碳纳米管水泥复合材料。
[0022] 实施例3 : 一种碳纳米管水泥复合材料，以水泥为基体材料，其中，基体材料的主要成分为硅酸盐 水泥熟料； 复合材料的各个组分的质量份数为：硅酸盐水泥熟料65份、石膏5份、碳纳米管12份、 纳米氧化铝8份、硅酸铝纤维6份、液态环氧树脂15份、功能助剂6份和水45份； 其中，功能助剂包括有机硅氧烷消泡剂〇. 8份、合成磺酸钙1. 5份、烷基改性有机硅氧 烷1份和水解聚马来酸酐3. 2份。
[0023] 根据本发明提供的制备方法制备碳纳米管水泥复合材料，制备步骤如下： (1) 将硅酸盐水泥熟料、石膏、纳米氧化铝和硅酸铝纤维放入球磨机研磨混合均匀，制 成混合粉料； (2) 将碳纳米管分散在液态环氧树脂，搅拌均匀； (3) 将步骤（2)得到的混合物与水和功能助剂混合均匀，超声搅拌8min; (4) 将步骤（3)得到的混合液加入到步骤（1)的混合粉体中，搅拌均匀之后，在室温下 静置5h，即得到碳纳米管水泥复合材料。
[0024] 实施例4 : 一种碳纳米管水泥复合材料，以水泥为基体材料，其中，基体材料的主要成分为硅酸盐 水泥熟料； 复合材料的各个组分的质量份数为：硅酸盐水泥熟料70份、石膏5份、碳纳米管10份、 纳米氧化铝7份、硅酸铝纤维8份、液态环氧树脂16份、功能助剂7份和水48份； 其中，功能助剂包括有机硅氧烷消泡剂〇. 8份、合成磺酸钙1. 6份、烷基改性有机硅氧 烷1. 2份和水解聚马来酸酐3. 5份。
[0025] 根据本发明提供的制备方法制备碳纳米管水泥复合材料，制备步骤如下： (1) 将硅酸盐水泥熟料、石膏、纳米氧化铝和硅酸铝纤维放入球磨机研磨混合均匀，制 成混合粉料； (2) 将碳纳米管分散在液态环氧树脂，搅拌均匀； (3) 将步骤（2)得到的混合物与水和功能助剂混合均匀，超声搅拌8min; (4) 将步骤（3)得到的混合液加入到步骤（1)的混合粉体中，搅拌均匀之后，在室温下 静置5h，即得到碳纳米管水泥复合材料。
[0026] 实施例5 : 一种碳纳米管水泥复合材料，以水泥为基体材料，其中，基体材料的主要成分为硅酸盐 水泥熟料； 复合材料的各个组分的质量份数为：硅酸盐水泥熟料75份、石膏6份、碳纳米管10份、 纳米氧化铝6份、硅酸铝纤维6份、液态环氧树脂15份、功能助剂6份和水50份； 其中，功能助剂包括有机硅氧烷消泡剂1份、合成磺酸钙1. 8份、烷基改性有机硅氧烷 1. 3份和水解聚马来酸酐3. 8份。
[0027] 根据本发明提供的制备方法制备碳纳米管水泥复合材料，制备步骤如下： (1) 将硅酸盐水泥熟料、石膏、纳米氧化铝和硅酸铝纤维放入球磨机研磨混合均匀，制 成混合粉料； (2) 将碳纳米管分散在液态环氧树脂，搅拌均匀； (3) 将步骤（2)得到的混合物与水和功能助剂混合均匀，超声搅拌lOmin; (4) 将步骤（3)得到的混合液加入到步骤（1)的混合粉体中，搅拌均匀之后，在室温下 静置5h，即得到碳纳米管水泥复合材料。
[0028] 根据申请号为200810064075. 0的专利文献"碳纳米管增强水泥基复合材料及其 制备方法"公开的技术方案制备碳纳米管水泥复合材料，为对照组；将上述【具体实施方式】和 对照组的复合材料进行强度和韧性的性能测试，结果如表1所示： 表1碳纳米管水泥复合材料强度和韧性性能测定
【权利要求】
1. 一种碳纳米管水泥复合材料，其特征在于： 以水泥为基体材料，其中，基体材料的主要成分为硅酸盐水泥熟料； 复合材料的各个组分的质量份数为：硅酸盐水泥熟料55-80份、石膏3-6份、碳纳米管 6-15份、纳米氧化铝5-10份、硅酸铝纤维4-9份、液态环氧树脂10-20份、功能助剂4. 5-8. 5 份和水35-55份； 其中，功能助剂包括消泡剂〇. 5-1份、表面活性剂1-2份、流平剂0. 5-1. 5份和水泥外 加剂2. 5-4份。
2. 根据权利要求1所述的碳纳米管水泥复合材料，其特征在于：所述消泡剂为有机硅 氧烷。
3. 根据权利要求1所述的碳纳米管水泥复合材料，其特征在于：所述表面活性剂为合 成磺酸钙。
4. 根据权利要求1所述的碳纳米管水泥复合材料，其特征在于：所述流平剂为烷基改 性有机硅氧烷。
5. 根据权利要求1所述的碳纳米管水泥复合材料，其特征在于：所述水泥外加剂为水 解聚马来酸酐。
6. -种根据权利要求1所述的碳纳米管水泥复合材料的制备方法，其特征在于，制备 步骤如下： (1) 将硅酸盐水泥熟料、石膏、纳米氧化铝和硅酸铝纤维放入球磨机研磨混合均匀，制 成混合粉料； (2) 将碳纳米管分散在液态环氧树脂，搅拌均匀； (3) 将步骤（2)得到的混合物与水和功能助剂混合均匀，超声搅拌5-10min ; (4) 将步骤（3)得到的混合液加入到步骤（1)的混合粉体中，搅拌均匀之后，在室温下 静置3-6h，即得到碳纳米管水泥复合材料。
【文档编号】C04B28/04GK104387005SQ201410596620
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】刘莉, 王爽, 刘晓东 申请人:苏州莱特复合材料有限公司