[发明专利]协同增效的邻苯二甲腈树脂复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种协同增效的邻苯二甲腈树脂复合材料及其制备方法，所述复合材料由零维纳米TiO₂和二维蒙脱土纳米填料与邻苯二甲腈树脂复合而成。与传统混合方法制备的离散型复合材料相比，本发明制备出的新型复合材料中，零维纳米TiO₂和二维蒙脱土在邻苯二甲腈树脂基体内合理分布，协同配合，有效整合了两者增强聚合物基体的优势，弥补了各自的劣势，使新型复合材料在多项性能上都有了大幅提高，可在多种特殊复杂环境中使用。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种协同增效的邻苯二甲腈树脂复合材料的制备方法。

背景技术

邻苯二甲腈树脂是一种轻质材料，具有良好的阻燃性能、介电性能和化学稳定性，但其力学性能、耐高温性能和热氧稳定性略显不足，影响了其在特殊复杂环境中的广泛应用。蒙脱石具有其独特的层状结构，剥离后的蒙脱石单层是典型的二维纳米材料，具有较大的宽高比，与基体间的作用强烈。添加少量的蒙脱石就可有效的提高复合材料的模量、阻隔和耐火等性能。但由于蒙脱石层片间具有过量负电荷，会吸附大量阳离子，使其在邻苯二甲腈树脂基体中难以剥离成单层的二维纳米材料，在增强一些使用性能的同时往往会降低其它一些使用性能，例如多数的蒙脱石/邻苯二甲腈树脂复合材料在模量上都会提高，但在强度上常发生下降。因此，现有的蒙脱石/邻苯二甲腈树脂复合材料还不能用于制造复杂环境条件下具有特殊要求的关键结构部件。零维纳米TiO₂球是另外一种重要的增强剂，它硬度大、强度高，可显著提高邻苯二甲腈树脂复合材料的强度，但在一些文献中有导致复合材料热稳定性下降的报道。两种纳米材料单独与邻苯二甲腈树脂复合，都存在一部分使用性能提升，而另一部分使用性能下降的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明将两种纳米材料同时与邻苯二甲腈树脂复合，利用零维纳米TiO₂和二维蒙脱土各自的优点，进行优劣互补，产生协同增强效应，多方面大幅提高了复合材料的整体性能。

针对现有技术的不足，本发明的方案如下：

第一方面，本发明提供一种协同增效的邻苯二甲腈树脂复合材料，其特征在于：所述协同增效的邻苯二甲腈树脂复合材料由零维纳米TiO₂和二维蒙脱土协同增效制得；所述协同增效的邻苯二甲腈树脂复合材料包含零维纳米TiO₂和二维蒙脱土两种维度纳米粒子填料。

作为优选方案，所述邻苯二甲腈树脂是以邻苯二甲腈结构封端并作为交联基团的一类高性能热固性树脂。

进一步地，所述填料粒子在至少一个维度的尺寸为1nm～100nm。所述零维纳米TiO₂填料粒子的直径为1nm～100nm；所述二维蒙脱土填料粒子的厚度为 1nm～100nm。

更进一步地，以所述邻苯二甲腈树脂复合材料的总体积为100％计，所述填料粒子的体积百分比为0.5％～30％。

第二方面，本发明提供一种上述协同增效的邻苯二甲腈树脂复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将零维纳米TiO₂和二维蒙脱土填料粒子与表面活性剂在分散剂中超声分散后搅拌分散；

(2)将步骤(1)中所述纳米填料粒子与偶联剂搅拌混合均匀，超声分散 0.5-2h，干燥；

(3)在熔融温度下，对步骤(2)中得到的混合纳米粒子填料与邻苯二甲腈预聚物、固化剂、促进剂搅拌混合均匀，超声分散0.5-2h；

(4)将步骤(3)中所得混合物在真空中保持0.5～1h，去除体系中的气泡，获得均一透明的混合体系；

(5)将上述混合体系注入涂有脱模剂的模具，在固化温度下分步固化，并进行后固化，脱模，得到纳米TiO₂/蒙脱土/邻苯二甲腈树脂复合材料。