[发明专利]超支化聚苯胺改性碳纳米管/热固性树脂复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种导体/聚合物复合材料及其制备方法，特别涉及一种改性碳纳米管/热固性树脂复合材料及其制备方法。

背景技术

高介电常数、低介电损耗复合材料是目前重要的功能材料，其具有良好的储存电能和均匀电场的作用，在包括航空航天、电子信息、电气绝缘在内的众多尖端工业领域扮演重要角色。碳纳米管以其极大的长径比、高模量、高强度、优异的耐热和耐化学腐蚀性，而被认为是终极的碳纤维。CNT合成技术的不断进步，生产效率的不断提高以及价格的逐步降低，为大规模研究和应用CNT提供了物质保证。

碳纳米管/聚合物复合材料是制备高介电常数材料的重要形式，近几十年国内外学者对碳纳米管/聚合物复合材料展开大量研究，结果表明碳纳米管的分散性是影响复合材料介电常数进一步提高的关键因素，在碳纳米管外形成包覆层可以有效地改善其分散性，辅助提高材料的介电性能。

在本发明做出之前，文献（Yehai Yan,Jian Cui,Shuai Zhao,Jinfang Zhang,Jiwen Liu and Junmei Cheng.Interface molecular engineering of single-walledcarbon nanotube/epoxy composites.J.Mater.Chem.,2012,22,1928.）报道了用含氨基的嵌二萘衍生物物理包覆碳纳米管制备以环氧树脂为基体的复合材料，研究表明含氨基的嵌二萘衍生物能有效地分散碳纳米管。但是该方法包覆碳纳米管的含氨基嵌二萘衍生物用量较高，超过碳纳米管的用量，不能充分发挥碳纳米管的自身优异性能。文献（Wu C,Huang XY,Wu XF,Yu JH,Xie LY,Jiang PK.TiO₂-nanorod decorated carbon nanotubes for high-permittivit  andlow-dielectric-loss polystyrene composites.Composites:Part A 2012;72:512-517.）报道了用TiO₂纳米棒修饰碳纳米管制备聚苯乙烯基复合材料，研究表明TiO₂包覆在碳纳米管外围，包覆层的存在提高了材料的介电常数并降低介电损耗。但是该方法在包覆碳纳米管的同时，会生成未包覆在导体表面的绝缘体，对复合材料的介电性能带来负面影响。

由上述现有技术可以看到，目前的碳纳米管/聚合物复合材料制备技术基本只能改善某个或某些不足，而难以采用简单易行的制备方法，采用少量分散剂，在保持碳纳米管良好分散的基础上，同时提高复合材料的介电常数并降低介电损耗。因此，研制新型的高性能碳纳米管分散剂及其制备新型的碳纳米管/聚合物复合材料具有重要的意义和应用价值。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种制备方法简单、性能可控，并具有高介电常数、低介电损耗的导体/聚合物复合材料及其制备方法。

实现本发明目的的技术方案是提供一种超支化聚苯胺改性碳纳米管/热固性树脂复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1、在N₂保护和搅拌下，按质量比，将10份聚苯胺溶解于500～1000份二甲基亚砜中，得到聚苯胺溶液；在聚苯胺溶液中逐滴加入1～3份同时含有磷杂菲结构和环氧基的超支化聚硅氧烷和0.05～0.1份的盐酸，在20～50℃的温度条件下搅拌10～72小时；反应结束后，洗涤、抽滤，去除溶剂，得到超支化聚苯胺；

2、按质量比，将0.5份碳纳米管与0.013～5份超支化聚苯胺加入到15～25份二甲基亚砜中，搅拌并超声处理20～40min得到反应产物；将反应产物加入40～50份甲醇中沉淀，抽滤并洗涤，得到超支化聚苯胺改性碳纳米管；

3、按质量比，将100份熔融态的可热固化树脂、0.513～5.5份超支化聚苯胺改性碳纳米管混合均匀，经固化即得一种超支化聚苯胺改性碳纳米管/热固性树脂复合材料。

在本发明技术方案中，所述的可热固化的树脂为自身可热固化的树脂；或由自身不能热固化的树脂与固化剂共同组成的树脂体系。所述的聚苯胺为苯胺类单体的聚合物，如苯胺、邻甲苯胺、间氨基苯磺酸、2,3-二甲基苯胺、间甲苯胺、邻氨基苯磺酸、邻氨基苯甲酸、间氨基苯甲酸的均聚物或它们任意组合的共聚物。