一種云母負(fù)載多壁碳納米管/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種云母負(fù)載多壁碳納米管/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)氧樹(shù)脂具有粘結(jié)性強(qiáng)、耐腐蝕、絕緣性好、強(qiáng)度高等特點(diǎn)，因此可將其應(yīng)用于涂料、粘合劑、電子封裝和復(fù)合材料等領(lǐng)域，但因其缺點(diǎn)是固化后內(nèi)應(yīng)力大，易剝離和開(kāi)裂，并且耐疲勞、耐熱和沖擊韌性差，導(dǎo)致其應(yīng)用范圍受限。
[0003]碳納米管是一種管狀結(jié)構(gòu)納米碳材料，于1991年被日本NEC電鏡專(zhuān)家飯島發(fā)現(xiàn)。碳納米管具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能和化學(xué)穩(wěn)定性，且具有纖維狀結(jié)構(gòu)。由于碳納米管為一堆納米材料，直徑在納米尺寸范圍，長(zhǎng)度在微米尺寸范圍，長(zhǎng)涇比一般在1000以上。由于特殊的結(jié)構(gòu)形態(tài)，碳納米管之間互相纏繞，難于分散，使用性能并不理想。
[0004]將多壁碳納米管與環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)合，充分發(fā)揮兩者的特點(diǎn)，則有可能獲得綜合性能優(yōu)異的復(fù)合材料，但需對(duì)碳納米管進(jìn)行改性，改善其在環(huán)氧樹(shù)脂中的分散性。現(xiàn)有技術(shù)中經(jīng)改性的碳納米管在環(huán)氧樹(shù)脂中的分散效果不好，或是改性的碳納米管不易過(guò)多，否則分散性仍然不夠理想，從而影響了復(fù)合材料的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)上述不足之處而提供的一種云母負(fù)載多壁碳納米管/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料及其制備方法，通過(guò)將多壁碳納米管(MWCNTs)負(fù)載與微米級(jí)的云母片上制備云母-多碳納米管雜化材料，改善多壁碳納米管的分散性，而且將云母的片狀結(jié)構(gòu)與多壁碳納米管的納米管狀結(jié)構(gòu)的優(yōu)異性能相結(jié)合，再將其與環(huán)氧樹(shù)脂中，得到分散性、防腐蝕性以及熱穩(wěn)定性能都良好的復(fù)合材料。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種云母負(fù)載多壁碳納米管/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，其制備過(guò)程具體包括以下步驟:
[0008](1)酸化多壁碳納米管的制備
[0009]稱(chēng)取多壁碳納米管于燒杯中，然后加入濃硫酸和濃硝酸體積比為3:1的混酸，超聲振蕩lh后移入三口燒瓶中，40°C，200r/min攪拌12h，接著用去離子水稀釋?zhuān)闉V，用0.lmol/L氫氧化鈉溶液洗至中性，80°C烘干，得酸化多壁碳納米管;其中多壁碳納米管與混酸的重量比為1: 10;濃硫酸的濃度為98%，濃硝酸濃度為95% ;
[0010](2)云母(mica)的預(yù)處理
[0011]稱(chēng)取云母于燒杯中，然后加入無(wú)水乙醇/去離子水的混合溶液，超聲分散5min，接著加入10wt %的KH560，超聲分散30min后將其移入三口燒瓶中回流1.5h，干燥，得改性的云母；稱(chēng)取改性后的云母于燒杯中，加入等重量的去離子水混勻，再加入鹽酸，超聲分散20min，最后加入8wt %的己二胺，回流24h，干燥;其中無(wú)水乙醇/去離子水混合溶液中無(wú)水乙醇和去離子水的體積比為6:1;云母與無(wú)水乙醇/去離子水混合溶液的重量比為1:8;鹽酸占超聲分散20min時(shí)混合溶液重量的5% ；
[0012](3)mica_MWCNTs雜化材料的制備
[0013]稱(chēng)取預(yù)處理的云母于燒杯中，然后加入N，N二甲基甲酰胺，超聲分散30min，再加入酸化后的多壁碳納米管繼續(xù)超聲分散20min，移入三口燒瓶中，95°C下回流24h，得mica-MWCNTs 雜化材料 (云母負(fù)載多壁碳納米管雜化材料 ) ； 其中 ，預(yù)處理的云母與酸化的多壁碳納米管的重量比為5:1;
[0014](4)改性 mica-MWCNTs 的制備
[0015]稱(chēng)取mica-MWCNTs雜化材料于燒杯中，然后加入無(wú)水乙醇/水混合溶液，超聲分散30min，再加入KH560，超聲分散20min后移入三口燒瓶中，在80°C下攪拌lh，過(guò)濾、烘干，得改性的mi ca-MWCNTs ;其中無(wú)水乙醇/水混合溶液中無(wú)水乙醇與去離子水的體積比為6:1;KH560占mica-MWCNTs雜化材料重量的2% ;mica-MWCNTs雜化材料與無(wú)水乙醇/水混合溶液的重量比為1:10;
[0016](5)云母負(fù)載多壁碳納米管/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的制備
[0017]將改性的mica-MWCNTs與環(huán)氧樹(shù)脂混合，快速攪拌制備云母負(fù)載多壁碳納米管/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料(mica-MWCNTs/epoxy)，其中改性的mica_MWCNTs的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 %。
[0018]本發(fā)明提供的一種云母負(fù)載多壁碳納米管/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料及其制備方法，具有以下幾種有益效果:
[0019](1)多壁碳納米管由于極大的表面能，使其非常容易團(tuán)聚，通過(guò)將多碳納米管負(fù)載于微米材料云母上的方法以及與KH560有機(jī)改性相結(jié)合的方法有效的改性多壁碳納米管，較大程度的改善多碳納米管的分散性。
[0020](2)制備過(guò)程簡(jiǎn)單，制備得的復(fù)合材料防腐性能和熱穩(wěn)定性能好。
【附圖說(shuō)明】
[0021 ]圖 1 為mica_MWCNTs/epoxy、MWCNTs/epoxy 以及純的epoxy浸泡2h后的阻抗譜圖；
[0022]圖2為mica_MWCNTs/epoxy、MWCNTs/epoxy 以及純的epoxy浸泡96h后的阻抗譜圖；
[0023]圖3 為mica_MWCNTs/epoxy、MWCNTs/epoxy、epoxy 的熱失重圖譜；
[0024]圖4為epoxy涂層放大200倍的SEM圖片；
[0025]圖5為MWCNTs/epoxy復(fù)合涂層放大200倍的SEM圖片；
[0026]圖6為mica-MWCNTs/epoxy復(fù)合涂層放大200倍的SEM圖片；
[0027]圖7為epoxy涂層放大500倍的SEM圖片；
[0028]圖8為MWCNTs/epoxy復(fù)合涂層放大500倍的SEM圖片；
[0029]圖9為mica-MWCNTs/epoxy復(fù)合涂層放大500倍的SEM圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0030]實(shí)施例1
[0031]一種云母負(fù)載多壁碳納米管/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，其制備過(guò)程具體包括以下步驟:
[0032](1)酸化多壁碳納米管的制備
[0033]稱(chēng)取多壁碳納米管于燒杯中，然后加入濃硫酸和濃硝酸體積比為3:1的混酸，超聲振蕩lh后移入三口燒瓶中，40°C，200r/min攪拌12h，接著用去離子水稀釋?zhuān)闉V，用0.lmol/L氫氧化鈉溶液洗至中性，80°C烘干，得酸化多壁碳納米管;其中多壁碳納米管與混酸的重量比為1: 10;濃硫酸的濃度為98%，濃硝酸濃度為95% ;
[0034](2)云母(mica)的預(yù)處理
[0035]稱(chēng)取云母于燒杯中，然后加入無(wú)水乙醇/去離子水的混合溶液，超聲分散5min，接著加入10wt %的KH560，超聲分散30min后將其移入三口燒瓶中回流1.5h，干燥，得改性的云母；稱(chēng)取改性后的云母于燒杯中，加入等重量的去離子水混勻，再加入鹽酸，超聲分散20min，最后加入8wt %的己二胺，回流24h，干燥;其中無(wú)水乙醇/去離子水混合溶液中無(wú)水乙醇和去離子水的體積比為6:1;云母與無(wú)水乙醇/去離子水混合溶液的重量比為1:8;鹽酸占超聲分散20min時(shí)混合溶液重量的5% ；
[0036](3)mica_MWCNTs雜化材料的制備
[0037]稱(chēng)取預(yù)處理的云母于燒杯中，然后加入N，N二甲基甲酰胺，超聲分散30min，再加入酸化后的多壁碳納米管繼續(xù)超聲分散20min，移入三口燒瓶中，95°C下回流24h，得mica-MWCNTs 雜化材料 (云母負(fù)載多壁碳納米管雜化材料 ) ； 其中 ，預(yù)處理的云母與酸化的多壁碳納米管的重量比為5:1;
[0038](4)改性 mica-MWCNTs 的制備
[0039]稱(chēng)取mica-MWCNTs雜化材料于燒杯中，然后加入無(wú)水乙醇/水混合溶液，超聲分散30min，再加入KH560，超聲分散20min后移入三口燒瓶中，在80°C下攪拌lh，過(guò)濾、烘干，得改性的mi ca-MWCNTs ;其中無(wú)水乙醇/水混合溶液中無(wú)水乙醇與去離子水的體積比為6:1;KH560占mica-MWCNTs雜化材料重量的2% ;mica-MWCNTs雜化材料與無(wú)水乙醇/水混合溶液的重量比為1:10;
[0040](5)云母負(fù)載多壁碳納米管/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的制備
[0041 ] 將改性的mica-MWCNTs與環(huán)氧樹(shù)脂混合，快速攪拌混勾制得云母負(fù)載多壁碳納米管/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料(mica-MWCNTs/epoxy)，其中改性的mi