本发明涉及纳米管复合材料，特别是一种基于声共振混合的碳纳米管/树脂复合材料及制备方法。
背景技术：
1、单壁碳纳米管（swcnts）作为一种一维纳米增强材料，具有极高的力学强度（拉伸强度可达数百gpa）、优异的导热性能（导热系数2000-6000w/m·k）和电学特性（包括高导电率，可形成连续导电网络以赋予防静电性能），在树脂复合材料中被广泛用于提升机械、热学、防静电和功能性能。热塑性树脂是一种工程树脂，以其良好的机械强度、耐热性和加工性在汽车、电子和机械领域应用广泛。然而，现有技术中，将单壁碳纳米管加入热塑性树脂中，并添加其它辅料时，由于组分的材质差异、密度不均和性能迥异，易导致成品混合不均匀、团聚或相分离。
2、目前，制备单壁碳纳米管/热塑性树脂复合材料的主要制备方法包括机械搅拌、熔融共混和溶液混合等。机械搅拌方法如高速剪切或球磨，虽然方式简单，但是往往因物料密度和亲和力差异导致分层，分散不彻底，处理时间长（数小时），且易引入缺陷（如swcnts断裂），导致复合材料拉伸强度仅提升10-20%、导热系数改善有限（<30%），且防静电性能不显著（表面电阻率降低不足2个数量级）。熔融共混方法使用双螺杆挤出，但若预混合不均，会造成挤出过程中堵塞或性能波动，适用于低填充量（<1wt%），高填充时易团聚，难以形成有效的导电网络以实现优异防静电特性。溶液混合方法需有机溶剂，存在影响环境和制备的成品纯度不够问题，且干燥过程复杂。上述所有方法，加上多种原材料种类、配比所限，整体存在效率低、适用范围窄（仅限于相似密度物料）、可扩展性差和对物料完整性破坏的风险，会影响最终复合材料的性能发挥和一致性（包括防静电性能的难以稳定实现），限制了复合材料在高端应用中的潜力。
技术实现思路
1、为了克服现有技术制备单壁碳纳米管/热塑性树脂复合材料，由于技术所限，存在如背景技术所述弊端，本发明提供了一种通过相关材料，经声共振技术协同球形物料的剪切效应来实现密度差异大、性能迥异（如导电、绝缘）的多组分物料在微观尺度上的均匀分散与界面浸润，解决了传统技术混合过程中的原料分散不均、界面结合弱及性能劣化问题，制得的复合材料成品具有优异的机械性能、导热性能和防静电性能，特别适用于在汽车零部件、电子外壳等领域应用的基于声共振混合的碳纳米管/树脂复合材料及制备方法。
2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、基于声共振混合的碳纳米管/树脂复合材料，包括单壁碳纳米管、玻璃纤维、碳纤维、球形纳米二氧化硅和热塑性树脂粉体组分；所述单壁碳纳米管的含量为0.5-5wt%，玻璃纤维为1-10wt%，碳纤维为0.5-5wt%，球形纳米二氧化硅为0.1-2wt%，热塑性树脂粉体为78-97.9wt%；基于声共振混合的碳纳米管/树脂复合材料的制备方法，包括如下流程，s1：按分量准备单壁碳纳米管、热塑性树脂粉体、玻璃纤维、碳纤维和球形纳米二氧化硅，并对玻璃纤维、球形纳米二氧化硅的表面进行改性和预干燥；s2：将步骤s1中材料投入声共振混合设备的混合室内，进行多种材料的多阶段声共振混合，共振混合设备的共振腔混合产生50-70hz的共振频率和5-100g的加速度，在混合室内形成驻波场以实现多种组分的微观均匀分散，分散均匀度>96%；s3：混合后物料经抽真空脱泡装置、真空脱泡，热压设备热压预成型、真空干燥设备干燥和双螺杆挤出成型，得到碳纳米管/树脂复合材料。
4、进一步地，所述热塑性树脂粉体为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚醚砜、聚四氟乙烯、聚砜、聚甲基戊烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚邻苯二甲酰胺中的一种或多种混合，密度为1.0g/cm³-1.4g/cm³。
5、进一步地，所述单壁碳纳米管纯度>80%、直径为0.5nm-2nm、长度为1μm-100μm、密度为1g/cm³-1.8g/cm³；玻璃纤维密度为2g/cm³-2.6g/cm³、长度为1mm-10mm；碳纤维密度为1.2g/cm³-1.9g/cm³、长度为0.5mm-5mm；球形纳米二氧化硅密度为1.6g/cm³-2.3g/cm³、粒径为100nm-200nm。
6、进一步地，所述步骤s1中，玻璃纤维、球形纳米二氧化硅的表面经硅烷偶联剂处理改性，改性通过搅拌器在室温搅拌玻璃纤维、球形纳米二氧化硅、经硅烷偶联剂20分钟-40分钟实现，预干燥是在干燥设备75°c-85°c条件下、干燥2小时-2.5小时。
7、进一步地，所述步骤s2的多阶段声共振混合中，第一阶段以30g-80g加速度混合8分钟-12分钟，第二阶段以60g-95g加速度混合2分钟-8分钟，总混合时间<40分钟。
8、进一步地，所述步骤s3中，抽真空脱泡装置真空脱泡的真空度为-0.1mpa--0.2mpa，时间为15分钟-25分钟；热压设备的压力为5mpa-6mpa，温度为150°c-160°c，时间为10分钟-15分钟；真空设备干燥物料温度为60°c-65°c，干燥时间为60分钟-70分钟；碳纳米管/树脂复合材料的拉伸强度>90mpa、杨氏模量>4gpa、导热系数>0.5w/m•k、表面电阻率1.0×10^4-1.0×10^9ω/sq。
9、进一步地，所述步骤s2中，应用的声共振混合设备包括共振腔、声波调频模块、混合室、控制模块和固定装置，共振腔经固定装置安装在壳体内中部，声波调频模块安装在共振腔下端，混合室安装在共振腔内，控制模块安装在壳体内前端，控制模块的电源输出端和声波调频模块的电源输入端经导线连接在声波调频模块的下方内部，抽真空脱泡装置安装在共振腔内部后方，抽真空脱泡装置的进气管和混合室上端的排气管经管道连接，壳体前端具有密封隔音门，混合前打开密封门往混合室内投入原料并关闭密封隔音门。
10、进一步地，所述步骤s2中，应用的声共振混合设备声波调频模块在控制模块作用下，能通过自身的频率自动调节器输出不同频率信号到共振腔，共振腔能产生低频驻波场作用于混合室，实现多组分原料物料的声学流动和均匀混合，而不损伤物料的物理结构。
11、进一步地，所述步骤s2中，低频驻波场形成的共振声波协同球形组分剪切效应能够实现密度差异大于30%的原料组分的择优解团聚和界面融合，而无需额外分散剂，保持纯度大于99%。
12、与现有技术相比本发明有益效果是：本发明针对传统单壁碳纳米管（swcnts）/热塑性树脂复合材料制备，存在的swcnts易团聚导致分散不均、界面结合弱及性能劣化等问题，以swcnts、热塑性树脂粉体、玻璃纤维、碳纤维、球形纳米二氧化硅为原料，通过声共振设备协同球形组分混合制备得到的成品，拉伸强度提升70%、导热系数80%以上，表面电阻率降低7-10个数量级，具有优异的机械性能、导热性能和防静电性能，特别适用于高在汽车零部件、电子外壳等领域应用。综上，本发明具有好的应用前景。