[发明专利]一种高韧性、高强度碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备方法

说明书

本发明公开一种高韧性、高强度碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备方法，属于聚合物复合材料领域。该方法是采用嵌段共聚物—环氧基封端型聚醚聚硅氧烷作为碳纳米管的分散剂，通过环氧基封端型聚醚聚硅氧烷的表面包覆，使碳纳米管均匀分散在环氧树脂中，同时，其嵌段结构中的有机硅和聚醚柔性链结构与碳纳米管协同增韧环氧树脂，制备出高韧性、高强度碳纳米管/环氧树脂复合材料。本发明的制备过程无有机溶剂，绿色环保，操作简单，条件缓和，能适用于市场上常规牌号的环氧树脂，适应大规模生产的需要。所述碳纳米管/环氧树脂复合材料的高韧性和高强度以及优良的综合性能使其在机械工业、建筑材料、电子电器和航空航天等领域具有极大的市场应用价值。

技术领域

本发明属于聚合物复合材料领域，具体涉及一种高韧性、高强度碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备方法。

背景技术

环氧树脂是一种综合性能良好的热固性树脂，广泛应用于电子封装、建筑施工、航空航天等领域。然而，环氧树脂在使用中仍存在部分缺点，如力学强度、韧性、导热、介电等性能仍不足，这些局限了环氧树脂在各领域的更深层次应用。因此，环氧树脂的增强改性具有重大的市场价值。

碳纳米管由于具有一维纳米结构和优良的性能，被认为是高分子材料增强改性的良好填料(Coleman,et al.Carbon 2006,44,1624-1652；Punetha,etal.Prog.Polym.Sci.2017,64,1-47；Huang,et al.Prog.Mater.Sci.2019,100,187-225)。但是，碳纳米管在高分子改性上存在部分技术难题。其一，碳纳米管由于一维纳米结构的相互缠结，用传统混合方法难以在环氧树脂中均匀分散，极易团聚，因此，降低了其改性的效果。其二，碳纳米管与高分子相互作用力弱，传递应力、声子和电子的效果差，进一步影响了其改性效率。为此，在改性前，往往采用对表面改性的方法对碳纳米管进行处理(一种氨基功能化碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备方法，CN106433034A；一种改性碳纳米管增韧的环氧树脂复合材料及其制备方法，CN108276737A；)。其中，化学表面改性工艺繁琐，操作复杂，往往使用强氧化剂和有机溶剂，污染环境，因此，难以工业化生产。而物理非共价键改性方法改性剂往往成本高，其加入往往会降低环氧树脂的性能。因此，寻找一种良好的碳纳米管分散剂和表面改性剂对于碳纳米管的应用具有重大价值。

解孝林等利用一种同时含柔性链与环氧刚性链的嵌段共聚物改性碳纳米管，嵌段共聚物改性剂不仅提供了可形变的界面，而且保证了碳纳米管与环氧树脂之间较强的界面粘接强度，因此，能够在超低填充量下对环氧树脂进行有效增强增韧(一种高强度高韧性环氧树脂复合材料及其制备方法，CN107556699A)。这个报道说明了嵌段共聚物与碳纳米管对环氧树脂的协同作用。然而，如上所述，化学改性碳纳米管不仅难以工业化生产，而且破化了碳纳米管的石墨化结构，降低了其导热、导电等方面的性能。因此，探寻一种将嵌段共聚物与碳纳米管有机结合，协同增强环氧树脂的方法具有重大的意义。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于提供一种高韧性、高强度碳纳米管/环氧树脂复合材料制备方法。

为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种高韧性、高强度碳纳米管/环氧树脂复合材料制备方法，包括如下步骤：

1)将碳纳米管加入水中，滴入分散剂环氧基封端型聚醚聚硅氧烷，超声分散得到黑色碳纳米管水分散液，通过尼龙滤膜过滤，干燥，得到环氧基封端型聚醚聚硅氧烷表面改性碳纳米管；

上述碳纳米管水分散液中，碳纳米管的浓度控制在0.5～10g/L，环氧基封端型聚醚聚硅氧烷的浓度控制在2～30g/L；

2)按一定的质量配比，将上述环氧基封端型聚醚聚硅氧烷表面改性碳纳米管与环氧基封端型聚醚聚硅氧烷、固化剂、环氧树脂混合，高速搅拌30-40分钟，得到黑色浆状环氧树脂混合物；