一种高性能碳纳米管/环氧树脂的制备方法
【技术领域】：
[0001] 本发明设及一种提高环氧树脂性能的技术领域，具体设及一种性能碳纳米管/环 氧树脂的制备方法。
【背景技术】：
[0002] 环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个W上环氧基团的有机化合物，环氧树脂本 身是热塑性的，不能直接应用，只有与固化剂进行固化交联生成=维网络结构才具有实际 应用价值。固化剂有非常多种，在种类上超过了环氧树脂。由于环氧树脂对固化剂的依赖 性很大，所W根据用途选择固化剂是十分重要的。
[0003] 碳纤维是指碳的重量含量占90% W上的纤维状碳材料。可制造碳纤维的原材料非 常广泛，不但有机纤维热分解可制造碳纤维，而且碳材料放电生成的石墨晶须及纳米碳管 或者用氣离子冲击碳材料表面的生成物都可W制成碳纤维。但习惯上只把有机物热分解制 成的、实质上仅由碳构成的、直径5~15 ym的纤维状物质称为碳纤维。
[0004] 在环氧树脂复合材料制备过程中，氨基化碳纳米管作为纳米增强材料被广泛的使 用。经检索同济大学CN200610028986. 9的发明专利设及一种氨基化碳纳米管/环氧树脂 高性能复合材料的制备方法。通过用多元胺类化合物对碳纳米管进行表面化学修饰，制备 了带有氨基的碳纳米管。通过适当的超声波振荡分散和强力揽拌分散，并通过氨基化碳纳 米管中的氨基与环氧树脂中的环氧基团之间的交联反应，提高了碳纳米管在环氧树脂中的 分散性，增强了碳纳米管与环氧树脂之间的连接力，从而制备了高性能环氧树脂复合材料。
[0005] 申请人在实验过程中发现，氨基化碳纳米管表面的氨基基团极性较大，在与环氧 树脂混合过程中，环氧树脂对氨基化碳纳米管的浸润性较差，因而氨基化碳纳米管在W固 态粉末形式加入到环氧树脂基体中并不能够很好的发挥氨基化改性对改善分散性的效能。 同时，表面惰性使其与基体之间的界面结合力较弱，在受载时应力不能有效的在基体和碳 纳米管之间转移。针对碳纳米管的分散性差，界面结合力差等缺点。
[0006] 鉴于此，申请人发明了一种新的方法将碳纳米管表面进行接枝处理，功能化预处 理，并将其均匀分散在环氧树脂固化剂中。使得碳纳米管能够显著增强环氧树脂复合材料 的各方面性能，且本发明的制备方便快捷，在实际应用方面具有更加高效等特点。
【发明内容】
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[0007] 本发明的目的是在于将氨基化碳纳米管与环氧化合物进行预处理，可W提高碳纳 米管的分散性和碳纳米管与树脂浸润性。
[000引本发明的具体技术内容如下：
[0009] 一种高性能碳纳米管/环氧树脂的制备方法，包括如下步骤：
[0010] 步骤I :按照条件I和条件II将组分1添加到组分2中，揽拌，得到混合物I ;
[0011] 步骤II ;将混合物I在氮气保护下球磨0. 5~化，得到混合物II ;
[0012] 步骤III;将混合物II在150°C的条件下油浴，得到混合物III;
[001引步骤IV ;将混合物III常温静置，得到混合物IV ;
[0014] 步骤V ;将组分3和组分4按照条件m和条件IV在90°C下揽拌混合，得到混合物 V ;
[001引步骤VI ;将混合物IV和混合物V在60w的超声功率下处理；
[0016] 其中，所述组分1为氨基化碳纳米管；
[0017] 所述组分2为苄基缩水甘油離；
[0018] 所述组分3为二氨基二苯基己烧；
[0019] 所述组分4为二己基甲苯二胺；
[0020] 所述条件I :所述组分1的质量占所述碳纳米管/环氧树脂总质量的0.5%~ 2% ；
[0021] 所述条件II ;所述组分1和组分2的质量比为1/1~2/3 ;
[0022] 所述条件III;所述组分3的质量占所述碳纳米管/环氧树脂总质量的60%~ 80% ；
[0023] 所述条件IV ;所述组分4的质量占所述碳纳米管/环氧树脂总质量的18%~ 36% ；
[0024] 所述制备方法还包括将研磨后的碳纳米管筛分出60-100目。
[0025] 所述球磨的优选条件为：球磨转速200~5(K)r/min，连续球磨lOmin后需间歇 5min。
[0026] 所述步骤III优选在150°C油浴中机械揽拌2-化。
[0027] 有益效果；
[002引与现有技术相比，本发明具有一下明显优点：
[0029] (1)酷胺化的碳纳米管和功能化环氧化合物在球磨室中转子的高能碰撞下发生反 应。同时一定的球磨时间能够有效剪短碳纳米管的长度，适中的长径比有利于碳纳米管在 树脂基体中的分散。
[0030] (2)功能化的环氧化合物一端的环氧基团与酷胺化碳管表面的氨基基团反应，接 枝到碳管表面，另一端的烷基链的极性较小与环氧树脂的相容性增强。
[0031] (3)本发明由于对氨基化多壁碳纳米管进行了球磨、油浴和超声等处理，得到了液 体碳纳米管，与二氨基二苯基己烧和二己基甲苯二胺相容性较好，因此在超声处理之后多 壁碳纳米管不会出现沉降，其在环氧树脂体系中分散性好、适用期长。
[0032] (4)该碳纳米管/环氧树脂可W直接使用，加入树脂基体中，与树脂基体发生反 应，不仅能起到原固化剂的作用，而且其中的液体碳纳米管可W有效分散到树脂基体中，提 高树脂的模量和初性。
[0033] (5)发明较现有技术使碳纳米管/环氧树脂有显著提升，使制备出的环氧树脂诱 铸体样条拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量等性能指标均有提高。本发明得到含 液体碳纳米管的环氧树脂。该体系具有易于保存，使用方便快捷的特点，可W提高环氧树脂 的力学性能。
【附图说明】
[0034] 图1 ;实施例1环氧树脂诱铸体断裂面扫描电子显微镜照片
【具体实施方式】
[0035] 通过W下实施例对本发明进行详细说明。各实施例中，树脂基体固化物的拉伸性 能按照GB2568 - 81进行测试得到，弯曲性能按照GB2570-81进行测试得到。
[0036] 实施例1
[0037] 本实施例中的有四种组分，分别为：
[003引组分1 ;氨基化多壁碳纳米管，所述氨基化碳纳米管采用中国科学院成都有机化 学有限公司购买的表面接枝二己基甲苯二胺的氨基化碳纳米管。
[0039] 组分2 ;苄基缩水甘油離；
[0040] 组分3 ;二氨基二苯基己烧；
[0041] 组分4 ;二己基甲苯二胺。
[0042] 本实施例的具体实施步骤如下：
[0043] 1.将氨基化碳纳米管进行研磨。
[0044] 2.将研磨后的碳纳米管放入电动振筛机中，筛分出目数为100的氨基化碳纳米 管。
[0045] 3.取0. 5g步骤2筛分出的100目氨基化碳纳米管加入到0. 5g苄基缩水甘油離 中，常温下机械揽拌化得到黑色粘稠状液体，命名为混合物I。
[0046] 4.将混合物I加入行星式球磨机中，在氮气保护下球磨0. 5~1. 5h，球磨机转速 为200~5(K)r/min，连续球磨lOmin后需间歇5min，得到均匀的黑色粘稠液体，命名为混合 物II。
[0047] 5.将混合物II放在150°C油浴中机械揽拌2h，得到混合物III。
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