[发明专利]一种纳米填料改性复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种纳米填料改性复合材料的制备方法，将纳米填料分散于离子/非离子表面活性剂水溶液中；进一步将上述分散体系加入水性高分子乳液中；对于预浸毡料的制备，在复合乳液中加入短纤，进一步破乳、过滤、除水，从而获得纳米填料改性预浸毡料；对于预浸料和复合材料制品的制备，则通过复合乳液破乳、过滤、除水后的产物，通过热压或挤出工艺与纤维布压制成纳米填料改性预浸料或复合材料。在制备过程中以水为分散介质，利用强力剪切和表面活性剂双重作用，实现纳米填料在水中以及后续高分子乳液中高浓度地均匀分散。所提供的方法改性热塑性预浸毡料、预浸料、复合材料制品的导电和导热性能得到强化。

技术领域

本发明属材料改性技术领域，涉及一种纳米填料改性复合材料的制备方法。

背景技术

高分子复合材料的模压成型工艺是将一定量的预浸料或预浸毡料加入模具内，经加热、加压固化成型的方法。由于大多数高聚物为电绝缘体以及热的不良导体，因此制备得到的复合材料制件往往电阻率高、传热性能不好，其导热系数一般＜10W/m.K，电导率一般＜10⁷Ω.cm，限制了其应用领域。

通过在基体树脂中添加碳管、石墨纳米片层等导电导热纳米填料，能够在基体中有效地构筑导电导热网络，大大提高最终复合材料制件的导电导热性能。纳米填料在环氧树脂中的有效分散是制备改性环氧树脂至关重要的因素，均一分散的复合体系保证了复合材料中纳米填料的比表面积，提供了载流子和热量快速传输的通道，由此可以获得良好的电热性能。然而，由于碳管等纳米填料颗粒之间强烈的范德华力以及大直径/厚度比，高浓度纳米填料的分散是实现其应用的重要前提，也是实现其实际应用的主要难题。

目前纳米填料与树脂基体的分散主要有以下几种办法：采用固相共混和熔融共混方法，利用三辊碾磨机、搅拌、球磨等方法，直接将纳米填料与固相、液相粉料共混。其优点是设备简单，操作简易。但是固相共混和熔融共混中体系粘度很大，严重限制了纳米填料在基体中的均匀分散。将纳米填料先分散于溶剂(丙酮、乙醇、四氢呋喃等)中，再与环氧树脂基体复合，这种方法使用有机溶剂，对环境产生压力，溶剂回收成本大，并且纳米填料的分散量低。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米填料改性复合材料的制备方法，特别是提供一种纳米填料改性预浸毡料、预浸料、复合材料制品的制备方法，本发明是提高预浸毡料、预浸料、复合材料制品导电导热性能的技术方案。本发明在制备过程中使用水作为分散介质，避免使用有机溶剂所带来的环境及价格问题；利用强力剪切和表面活性剂双重作用获得均一分散体系，实现纳米填料在水中以及后续高分子乳液中均匀分散的高浓度分散体系。所提供的方法纳米填料分散均匀、可分散含量高，改性热塑性预浸毡料、预浸料、复合材料制品的导电和导热性能得到强化，提供了一直适合工业稳定生产的高浓度、高质量纳米填料改性预浸毡料、预浸料、复合材料制品的制备方法。

本发明的一种纳米填料改性液的制备方法，包括以下步骤：

(1)先将纳米填料分散于表面活性剂水溶液中；

(2)再加入到水性高分子乳液中，得到复合乳液；

(3)破乳；

即获得纳米填料改性液；

所述纳米填料为石墨、改性石墨分散而得到的纳米石墨和改性纳米石墨、纳米碳管和改性纳米碳管之一或其混合物；

所述表面活性剂水溶液为离子型表面活性剂或非离子表面活性剂的水溶液。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种纳米填料改性液的制备方法，所述石墨为市售的鳞片石墨、可膨胀石墨和膨胀石墨之一或其混合物；所述纳米碳管为多壁碳纳米管、双壁碳纳米管、单壁碳纳米管之一或其混合物；所述改性石墨或所述改性碳管为通过氧化、接枝各种官能团改性获得的改性物；所述纳米填料分散后的浓度为0.001-3wt％；