專利名稱：一種納米蒙脫土插層環(huán)氧樹脂層狀復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備領(lǐng)域，特別涉及一種納米蒙脫土插層環(huán)氧樹 脂層狀復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
高分子/蒙脫土納米復(fù)合材料已有幾十年的研究歷史，由于蒙脫土的納米尺度效 應(yīng)和很強(qiáng)的有機(jī)-無機(jī)界面結(jié)合力，此類復(fù)合材料在強(qiáng)度、耐熱性、阻隔性等方面體現(xiàn)出很 大優(yōu)勢。這些年來，此類材料的基礎(chǔ)研究和工業(yè)開發(fā)應(yīng)用發(fā)展非常迅猛，很多材料已經(jīng)實(shí)現(xiàn) 了工業(yè)化和商品化。Ke Wang 等(Wang K, Chen L, Wu J S, et al. Macromolecules, 2005, 38 (3) :788) 探討了用片層粘土納米粒子增韌環(huán)氧樹脂的機(jī)理，他們認(rèn)為增韌機(jī)理是在粘土片層中形成 了大量的微裂紋，增加了斷裂表面區(qū)域，從而轉(zhuǎn)移和分散了體系的斷裂行為。Pirmavaia等 (Lan T,Kaviratna P DiPinnavia T J. Polymeric Materials Science and Engineering， 1994,71 527)國內(nèi)外學(xué)者利用插層聚合法制備出環(huán)氧樹脂/粘土納米復(fù)合材料。Mimura等 (Mimura K, Ito H, Fujioka H. Polymer, 2000,41 :4451)用 PES 來改性雙酚 A 型環(huán)氧樹脂， 認(rèn)為當(dāng)PES與環(huán)氧樹脂共混體系為共連續(xù)相結(jié)構(gòu)時，環(huán)氧樹脂的韌性提高最為顯著，PES在 樹脂中的分散狀態(tài)是由溫度來控制的。當(dāng)在樹脂中加入10% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))的PES時，改性 體系的斷裂韌性比未改性樹脂增加了約60%，斷裂伸長率比未改性樹脂增加了 1. 7倍，改 性后樹脂的Tg為170°C，比未改性樹脂增加了約20°C，主要原因也是由于環(huán)氧樹脂的交聯(lián) 網(wǎng)絡(luò)與線性PES之間形成了半互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。但是，關(guān)于這類材料的研究僅集中于通過蒙脫土表面改性、插層劑的選擇和插層 工藝的探究來改善蒙脫土的剝離分散及其與聚合物間的相互作用，沒有涉及制備納米蒙脫 土高度有序排列的層狀復(fù)合材料的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種納米蒙脫土插層環(huán)氧樹脂層狀復(fù)合材料 的制備方法，該方法工藝簡單、成本低、有應(yīng)用于批量生產(chǎn)的可能性；制得的復(fù)合材料具有 更高的拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和楊氏模量，更低環(huán)氧樹脂的固化時間。本發(fā)明的一種納米蒙脫土插層環(huán)氧樹脂層狀復(fù)合材料的制備方法，包括(1)將改性蒙脫土按重量比0. 1 20 100加入環(huán)氧樹脂中，于30 210°C加熱 0. 1 池并保持加熱狀態(tài)超聲分散1 60min，使之形成混合物；待混合物冷卻之后，加入 固化劑，攪拌使之混合均勻并抽真空脫泡；將混合物倒入模具中，放置1 5天后，于30 100°C固化0. 5 釙得樣條；(2)將上述樣條放入預(yù)熱溫度為20 100°C的模具內(nèi)，對樣條進(jìn)行壓力誘導(dǎo)流動 成型，冷卻后即得納米蒙脫土插層環(huán)氧樹脂層狀復(fù)合材料。所述步驟(1)中的改性蒙脫土為雙(2-羥乙基)甲基十二烷基胺蒙脫土(DK2，CEC為90mmol/100g，粒度小于200目)。所述步驟(1)中的固化劑為低粘度改性脂肪族胺類室溫固化劑。低粘度改性脂肪族胺類室溫固化劑參數(shù)為胺值290 320mgK0H/g ；活潑氫當(dāng) 量76 ；凝膠時間(150g混合物，25°C ) :90min。所述步驟(1)中的固化劑為鄰苯二甲胺或聚酰胺。所述步驟⑵中的壓力誘導(dǎo)流動成型壓強(qiáng)為50 800MPa，保壓時間為1 60min。所述步驟O)中的納米蒙脫土插層環(huán)氧樹脂層狀復(fù)合材料內(nèi)部具有微米尺度的 片層結(jié)構(gòu)，且蒙脫土呈高度有序排列。有益效果(1)本發(fā)明工藝簡單、成本低、有應(yīng)用于批量生產(chǎn)的可能性；(2)制得的復(fù)合材料中分散于聚合物基體的蒙脫土呈高度有序，材料內(nèi)部具有微 觀片層結(jié)構(gòu)，賦予了材料比普通方法制備的同類材料更好的力學(xué)性能，具有更高的拉伸強(qiáng) 度、沖擊強(qiáng)度和楊氏模量，更低環(huán)氧樹脂的固化時間，具有良好的應(yīng)用前景。


圖1為不同含量MMT/EP經(jīng)壓力誘導(dǎo)流動成型處理和未經(jīng)處理的環(huán)氧樹脂/蒙脫 土納米復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度；圖2為不同含量MMT/EP經(jīng)壓力誘導(dǎo)流動成型處理和未經(jīng)處理的環(huán)氧樹脂/蒙脫 土納米復(fù)合材料的楊氏模量；圖3為不同含量MMT/EP經(jīng)壓力誘導(dǎo)流動成型處理和未經(jīng)處理的環(huán)氧樹脂/蒙脫 土納米復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度； 圖4為未壓力誘導(dǎo)流動成型成型的環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料的低溫超薄切 片在透射電子顯微鏡下的照片；圖5為壓力誘導(dǎo)流動成型成型的環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料的低溫超薄切片 在透射電子顯微鏡下的照片；圖6為未壓力誘導(dǎo)流動成型成型的環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料液氮斷面的掃 描電子顯微鏡照片；圖7為壓力誘導(dǎo)流動成型成型的環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料液氮斷面的掃描 電子顯微鏡照片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定 的范圍。實(shí)施例16g的蒙脫土加入到IOOg的環(huán)氧樹脂中，機(jī)械攪拌下，在210°C加熱lh。保持加熱 狀態(tài)用細(xì)胞粉碎機(jī)超聲分散40min。待混合物冷卻后，加入Ig鄰苯二甲胺進(jìn)行固化，緩慢 攪拌使之均勻混合，抽真空脫泡40min。將部分混合物分別倒入標(biāo)準(zhǔn)樣條形狀的硅膠模具
4中，2天后放入烘箱池使其完全固化。得到蒙脫土含量為6%的插層納米復(fù)合材料。用鋸 條鋸下長2cm的固化后標(biāo)準(zhǔn)樣條放在模具中，預(yù)熱lOmin，在平板硫化機(jī)中升溫到50°C，施 加450MPa單軸壓力，保壓5min。脫模取出樣品，得到具有有序納米蒙脫土插層環(huán)氧樹脂層 狀復(fù)合材料。實(shí)施例2將8g的蒙脫土加入到200g的環(huán)氧樹脂中，機(jī)械攪拌下，在205°C加熱1.證。保持 加熱狀態(tài)用細(xì)胞粉碎機(jī)超聲分散^min。待混合物冷卻后，加入3g分子量為500的聚酰胺 進(jìn)行固化，緩慢攪拌使之均勻混合，抽真空脫泡。將部分混合物分別倒入標(biāo)準(zhǔn)樣條形狀的 硅膠模具中，24h后放入烘箱池使其完全固化。得到蒙脫土含量為4%的插層納米復(fù)合材 料。用鋸條鋸下長2. 5cm的固化后標(biāo)準(zhǔn)樣條放在模具中，預(yù)熱15min，在平板硫化機(jī)中升溫 到80°C，施加650MPa單軸壓力，保壓5min。脫模取出樣品，即得到有序納米蒙脫土插層環(huán) 氧樹脂層狀復(fù)合材料。實(shí)施例3將0. Ig的蒙脫土加入到IOOg的環(huán)氧樹脂中，機(jī)械攪拌下，在30°C加熱0. lh。保 持加熱狀態(tài)用細(xì)胞粉碎機(jī)超聲分散lmin。待混合物冷卻后，加入0. 4g分子量為500的聚酰 胺進(jìn)行固化，緩慢攪拌使之均勻混合，抽真空脫泡。將部分混合物分別倒入標(biāo)準(zhǔn)樣條形狀的 硅膠模具中，5天后放入烘箱0. 5h使其完全固化。得到蒙脫土含量為0. 的插層納米復(fù) 合材料。用鋸條鋸下長Icm的固化后標(biāo)準(zhǔn)樣條放在模具中，預(yù)熱15min，在平板硫化機(jī)中升 溫到20°C，施加50MI^單軸壓力，保壓lmin。脫模取出樣品，即得到有序納米蒙脫土插層環(huán) 氧樹脂層狀復(fù)合材料。實(shí)施例4將20g的蒙脫土加入到IOOg的環(huán)氧樹脂中，機(jī)械攪拌下，在100°C加熱池。保持 加熱狀態(tài)用細(xì)胞粉碎機(jī)超聲分散60min。待混合物冷卻后，加入6g鄰苯二甲胺進(jìn)行固化， 緩慢攪拌使之均勻混合，抽真空脫泡。將部分混合物分別倒入標(biāo)準(zhǔn)樣條形狀的硅膠模具中， 1天后放入烘箱證使其完全固化。得到蒙脫土含量為20%的插層納米復(fù)合材料。用鋸條 鋸下長5cm的固化后標(biāo)準(zhǔn)樣條放在模具中，預(yù)熱15min，在平板硫化機(jī)中升溫到100°C，施加 SOOMI^單軸壓力，保壓60min。脫模取出樣品，即得到有序納米蒙脫土插層環(huán)氧樹脂層狀復(fù) 合材料。
權(quán)利要求
1.一種納米蒙脫土插層環(huán)氧樹脂層狀復(fù)合材料的制備方法，包括(1)將改性蒙脫土按重量比0.1 20 100加入環(huán)氧樹脂中，于30 210°C加熱0. 1 2h并保持加熱狀態(tài)超聲分散1 60min，使之形成混合物；待混合物冷卻之后，加入固化劑， 攪拌使之混合均勻并抽真空脫泡；將混合物倒入模具中，放置1 5天后，于30 100°C固 化0. 5 釙得樣條；(2)將上述樣條放入預(yù)熱溫度為20 100°C的模具內(nèi)，對樣條進(jìn)行壓力誘導(dǎo)流動成型， 冷卻后即得納米蒙脫土插層環(huán)氧樹脂層狀復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米蒙脫土插層環(huán)氧樹脂層狀復(fù)合材料的制備方法，其 特征在于所述步驟(1)中的改性蒙脫土為雙(2-羥乙基)甲基十二烷基胺蒙脫土。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米蒙脫土插層環(huán)氧樹脂層狀復(fù)合材料的制備方法，其 特征在于所述步驟(1)中的固化劑為低粘度改性脂肪族胺類室溫固化劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種納米蒙脫土插層環(huán)氧樹脂層狀復(fù)合材料的制備方法，其 特征在于所述步驟(1)中的固化劑為鄰苯二甲胺或聚酰胺。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米蒙脫土插層環(huán)氧樹脂層狀復(fù)合材料的制備方法， 其特征在于所述步驟O)中的壓力誘導(dǎo)流動成型壓強(qiáng)為50 500MPa，保壓時間為1 60mino
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米蒙脫土插層環(huán)氧樹脂層狀復(fù)合材料的制備方法，其 特征在于所述步驟O)中的納米蒙脫土插層環(huán)氧樹脂層狀復(fù)合材料內(nèi)部具有微米尺度的 片層結(jié)構(gòu)，且蒙脫土呈高度有序排列。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種納米蒙脫土插層環(huán)氧樹脂層狀復(fù)合材料的制備方法，包括(1)將改性蒙脫土按重量比0.1～20∶100加入環(huán)氧樹脂中，于30～210℃加熱0.1～2h并保持加熱狀態(tài)超聲分散1～60min，使之形成混合物；待混合物冷卻之后，加入固化劑，攪拌使之混合均勻并抽真空脫泡；將混合物倒入模具中，放置1～5天后固化得樣條；(2)將上述樣條放入模具內(nèi)，對樣條進(jìn)行壓力誘導(dǎo)流動成型，冷卻后即得納米蒙脫土插層環(huán)氧樹脂層狀復(fù)合材料。本發(fā)明工藝簡單、成本低、有應(yīng)用于批量生產(chǎn)的可能性；制得的復(fù)合材料具有更高的拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和楊氏模量，更低環(huán)氧樹脂的固化時間。
文檔編號C08L63/00GK102146197SQ20111009967
公開日2011年8月10日 申請日期2011年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月20日
發(fā)明者余木火, 馮小玲, 宦倩, 張娟娟, 張森, 朱姝, 林森, 滕翠青, 袁象愷, 韓克清, 馬禹 申請人:東華大學(xué)