[发明专利]玻璃纤维/纳米金刚石/环氧树脂多维混杂复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种玻璃纤维／纳米金刚石／环氧树脂多维混杂复合材料的制备方法。

背景技术

环氧树脂是一种热固性低聚物，性能很差。除了用作聚氯乙烯的稳定剂之外，没有直接使用价值。但是当它与固化剂进行固化反应形成三维交联网络结构之后，则呈现出一系列优异的性能。所以，固化剂与环氧树脂的化学反应性能是环氧树脂应用的基础、核心。环氧树脂在固化过程中的行为及固化物的性能在很大程度上取决于固化剂的性能以及它与树脂之间地互相影响及合理配合，而这些又取决于固化剂的分子结构。因此，研究环氧树脂地应用在某种程度上就是研究环氧树脂的固化问题。

近年来随着纳米材料科学的发展，尤其是碳纳米材料如碳纳米管的发现与应用，纳米级的金刚石做为另一种新型的碳纳米材料逐渐被人们认识和应用。由于纳米金刚石具有优良的生物相容性、尺寸稳定'性、电绝缘性、耐高温、高压及化学稳定性，目前己经被应用于很多方面，比如用作润滑油或高分子复合材料的添加剂、药物载体及细胞标记。但是在用作复合材料中，由于纳米金刚石的表面能较高，容易发生团聚，使它在聚合物中难以均匀分散。如何均匀分散纳米金刚石并增强纳米金刚石与基体材料界面间的结合作用，是提高复合材料各项性能的关键。玻璃纤维复合材料的优异性能已在各行业中获得广泛应用。可以利用利用玻璃纤维和纳米金刚石各自优异的力学性能改性环氧树脂，制备玻璃纤维／纳米金刚石／环氧树脂多维混杂复合材料，可以预见玻璃纤维／纳米金刚石／环氧树脂混杂复合材料的前景将是非常广阔的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分散性好、界面粘结牢固的玻璃纤维／纳米金刚石／环氧树脂多维混杂复合材料的制备方法。

本发明提出的玻璃纤维／纳米金刚石／环氧树脂多维混杂复合材料的制备方法，是将纳米金刚石表面进行羧基化、酰氯化后，引入具有特征结构的二元胺或多元胺，得到表面具有氨基的接枝型纳米金刚石。超声波振荡和高速搅拌，使纳米金刚石分散于环氧树脂基体中，采用脂肪多元胺类固化剂固化，以得到含有纳米金刚石的环氧树脂聚合物作为基体和玻璃纤维按一定方式复合，最后形成以共价键相连的多维混杂复合材料结构，则玻璃纤维和纳米金刚石表面将缠绕有大量的聚合物。其具体步骤如下：

(1)将1～1×10²g干燥的玻璃纤维浸泡在5%的硅烷偶联剂的水溶液中30min，取出后再放入120℃的烘箱中烘烤2h，除去玻璃纤维上的水分，得到硅烷偶联剂处理的玻璃纤维；将纳米金刚石1～1×10²g和强氧化性酸1～1×10⁴mL混合，在1~120kHz超声波下处理1～80小时，然后加热到25～120℃，搅拌并回流反应1～80小时，超微孔滤膜抽滤，反复洗涤至溶液呈中性，在25～200℃温度下真空干燥1～48小时，得到酸化的纳米金刚石；

(2)将步骤(1)所得酸化的纳米金刚石1～1×10²g和酰化试剂l0～1×10⁴g，以1~120kHz超声波处理0.1~10小时后，加热到25～220℃，搅拌并回流反应0.5～100小时，抽滤并反复洗涤除去酰化试剂，得到酰基化的纳米金刚石；

(3)将步骤(2)所得酰化纳米金刚石1～1×10²g和二元胺或多元胺10～1×10⁴g，以1~100kHz超声波处理1～100小时，然后在25～200℃温度下反应0.5～100小时，抽滤并反复洗涤，在25~200℃温度下真空干燥1～48小时，得到表面带有氨基的接枝型纳米金刚石；

(4)将步骤(3)所得表面带有氨基的纳米金刚石1～1×10²g和环氧树脂10～1×10⁴g，升温至树脂基体熔融后，搅拌分散均匀并在真空条件下除气泡，同时进行化学交联反应，得到含有纳米金刚石的环氧树脂聚合物；

(5)将以步骤(4)所得到含有纳米金刚石的环氧树脂聚合物20g-25g作为基体和步骤(1)所得的硅烷偶联剂处理的玻璃纤维20g-100g机械混合，在60～100℃,超声波分散1～12小时，加入40~50g脂肪多元胺类固化剂，将以上固化体系倒入模具中，真空条件下除气泡，在100~250℃下固化成型，得到含玻璃纤维／纳米金刚石／环氧树脂多维混杂复合材料。