[发明专利]一种碳纳米管水泥复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种碳纳米管水泥复合材料及该复合材料的制备方法。

背景技术

碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构的一维量子材料，具有径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口的结构特点。

碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。

利用碳纳米管制备复合材料，利用碳纳米管优良的性能，成为复合材料技术的一项重要发展途径。

水泥，粉状水硬性无机胶凝材料，加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在水中更好的硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。长期以来，它作为一种重要的胶凝材料，广泛应用于土木建筑、水利、国防等工程。

申请号为200810064075.0 的专利文献“碳纳米管增强水泥基复合材料及其制备方法”公开了一种碳纳米管增强水泥材料及其制备方法，该碳纳米管增强水泥基复合材料主要是由碳纳米管、分散剂、增稠稳定剂、水泥掺合料、超塑化剂、消泡剂和水泥制成；制备方法如下：将增稠稳定剂连续相混合液缓缓注入碳纳米管分散相混合液中；加入水泥掺合料，搅匀，加热并超声搅拌，后真空除泡；接着加入到超塑化剂与水混合液中搅匀，用消泡剂进一步除泡；最后加入水泥搅匀，浆料装入油模振实成型；拆模，再标准养护至预定龄期即可。由此可知，该技术方案是利用分散剂将碳纳米管分散进入水泥基体，构成的一种水泥基复合材料，材料的性能得到提高。但是，同样受到水泥本身性能的限制，并不能有效发挥碳纳米管的性能，这是一种不太理想的利用方式。

发明内容    

本发明解决的技术问题：针对上述不足，克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种碳纳米管水泥复合材料及其制备方法。

本发明的技术方案：一种碳纳米管水泥复合材料，以水泥为基体材料，其中，基体材料的主要成分为硅酸盐水泥熟料；

复合材料的各个组分的质量份数为：硅酸盐水泥熟料55-80份、石膏3-6份、碳纳米管6-15份、纳米氧化铝5-10份、硅酸铝纤维4-9份、液态环氧树脂10-20份、功能助剂4.5-8.5份和水35-55份；

其中，功能助剂包括消泡剂0.5-1份、表面活性剂1-2份、流平剂0.5-1.5份和水泥外加剂2.5-4份。

作为优选，所述消泡剂为有机硅氧烷。

作为优选，所述表面活性剂为合成磺酸钙。

作为优选，所述流平剂为烷基改性有机硅氧烷。

作为优选，所述水泥外加剂为水解聚马来酸酐。

一种碳纳米管水泥复合材料的制备方法，制备步骤如下：

（1）将硅酸盐水泥熟料、石膏、纳米氧化铝和硅酸铝纤维放入球磨机研磨混合均匀，制成混合粉料；

（2）将碳纳米管分散在液态环氧树脂，搅拌均匀；

（3）将步骤（2）得到的混合物与水和功能助剂混合均匀，超声搅拌5-10min；

（4）将步骤（3）得到的混合液加入到步骤（1）的混合粉体中，搅拌均匀之后，在室温下静置3-6h，即得到碳纳米管水泥复合材料。

有益效果：本发明提供的碳纳米管水泥复合材料，是利用碳纳米管的优良性能和水泥相结合，以提高水泥的力学和电学性能。

首先，以硅酸盐水泥熟料为主要材料；加入纳米氧化铝和硅酸铝纤维，提高水泥的硬度和韧性，构成一个稳定的高性能的水泥基体材料；

其次，将碳纳米管分散于液态环氧树脂中，并通过多种功能助剂，将碳纳米管均匀分散于水泥基体中，更好的发挥了碳纳米管性能。

因此，本发明提供的碳纳米管水泥复合材料具有高硬度、高强度和高韧性的特点，同时水泥的具有一定的耐高温抗氧化性能和耐腐蚀性能，同时具有良好的电学性能，是一种理想的水泥复合材料，可以作为特种功能水泥材料使用。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解， 这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

实施例 1：

一种碳纳米管水泥复合材料，以水泥为基体材料，其中，基体材料的主要成分为硅酸盐水泥熟料；

复合材料的各个组分的质量份数为：硅酸盐水泥熟料55份、石膏3份、碳纳米管6份、纳米氧化铝5份、硅酸铝纤维4份、液态环氧树脂10份、功能助剂4.5份和水35份；