一種云母負載多壁碳納米管/環氧樹脂復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于高分子復合材料技術領域，具體涉及一種云母負載多壁碳納米管/環氧樹脂復合材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]環氧樹脂具有粘結性強、耐腐蝕、絕緣性好、強度高等特點，因此可將其應用于涂料、粘合劑、電子封裝和復合材料等領域，但因其缺點是固化后內應力大，易剝離和開裂，并且耐疲勞、耐熱和沖擊韌性差，導致其應用范圍受限。
[0003]碳納米管是一種管狀結構納米碳材料，于1991年被日本NEC電鏡專家飯島發現。碳納米管具有優良的導電性能和化學穩定性，且具有纖維狀結構。由于碳納米管為一堆納米材料，直徑在納米尺寸范圍，長度在微米尺寸范圍，長涇比一般在1000以上。由于特殊的結構形態，碳納米管之間互相纏繞，難于分散，使用性能并不理想。
[0004]將多壁碳納米管與環氧樹脂結合，充分發揮兩者的特點，則有可能獲得綜合性能優異的復合材料，但需對碳納米管進行改性，改善其在環氧樹脂中的分散性。現有技術中經改性的碳納米管在環氧樹脂中的分散效果不好，或是改性的碳納米管不易過多，否則分散性仍然不夠理想，從而影響了復合材料的性能。
【發明內容】
[0005]本發明針對上述不足之處而提供的一種云母負載多壁碳納米管/環氧樹脂復合材料及其制備方法，通過將多壁碳納米管(MWCNTs)負載與微米級的云母片上制備云母-多碳納米管雜化材料，改善多壁碳納米管的分散性，而且將云母的片狀結構與多壁碳納米管的納米管狀結構的優異性能相結合，再將其與環氧樹脂中，得到分散性、防腐蝕性以及熱穩定性能都良好的復合材料。
[0006]為實現上述目的，本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0007]—種云母負載多壁碳納米管/環氧樹脂復合材料，其制備過程具體包括以下步驟:
[0008](1)酸化多壁碳納米管的制備
[0009]稱取多壁碳納米管于燒杯中，然后加入濃硫酸和濃硝酸體積比為3:1的混酸，超聲振蕩lh后移入三口燒瓶中，40°C，200r/min攪拌12h，接著用去離子水稀釋，抽濾，用0.lmol/L氫氧化鈉溶液洗至中性，80°C烘干，得酸化多壁碳納米管;其中多壁碳納米管與混酸的重量比為1: 10;濃硫酸的濃度為98%，濃硝酸濃度為95% ;
[0010](2)云母(mica)的預處理
[0011]稱取云母于燒杯中，然后加入無水乙醇/去離子水的混合溶液，超聲分散5min，接著加入10wt %的KH560，超聲分散30min后將其移入三口燒瓶中回流1.5h，干燥，得改性的云母；稱取改性后的云母于燒杯中，加入等重量的去離子水混勻，再加入鹽酸，超聲分散20min，最后加入8wt %的己二胺，回流24h，干燥;其中無水乙醇/去離子水混合溶液中無水乙醇和去離子水的體積比為6:1;云母與無水乙醇/去離子水混合溶液的重量比為1:8;鹽酸占超聲分散20min時混合溶液重量的5% ；
[0012](3)mica_MWCNTs雜化材料的制備
[0013]稱取預處理的云母于燒杯中，然后加入N，N二甲基甲酰胺，超聲分散30min，再加入酸化后的多壁碳納米管繼續超聲分散20min，移入三口燒瓶中，95°C下回流24h，得mica-MWCNTs 雜化材料 (云母負載多壁碳納米管雜化材料 ) ； 其中 ，預處理的云母與酸化的多壁碳納米管的重量比為5:1;
[0014](4)改性 mica-MWCNTs 的制備
[0015]稱取mica-MWCNTs雜化材料于燒杯中，然后加入無水乙醇/水混合溶液，超聲分散30min，再加入KH560，超聲分散20min后移入三口燒瓶中，在80°C下攪拌lh，過濾、烘干，得改性的mi ca-MWCNTs ;其中無水乙醇/水混合溶液中無水乙醇與去離子水的體積比為6:1;KH560占mica-MWCNTs雜化材料重量的2% ;mica-MWCNTs雜化材料與無水乙醇/水混合溶液的重量比為1:10;
[0016](5)云母負載多壁碳納米管/環氧樹脂復合材料的制備
[0017]將改性的mica-MWCNTs與環氧樹脂混合，快速攪拌制備云母負載多壁碳納米管/環氧樹脂復合材料(mica-MWCNTs/epoxy)，其中改性的mica_MWCNTs的質量分數為2 %。
[0018]本發明提供的一種云母負載多壁碳納米管/環氧樹脂復合材料及其制備方法，具有以下幾種有益效果:
[0019](1)多壁碳納米管由于極大的表面能，使其非常容易團聚，通過將多碳納米管負載于微米材料云母上的方法以及與KH560有機改性相結合的方法有效的改性多壁碳納米管，較大程度的改善多碳納米管的分散性。
[0020](2)制備過程簡單，制備得的復合材料防腐性能和熱穩定性能好。
【附圖說明】
[0021 ]圖 1 為mica_MWCNTs/epoxy、MWCNTs/epoxy 以及純的epoxy浸泡2h后的阻抗譜圖；
[0022]圖2為mica_MWCNTs/epoxy、MWCNTs/epoxy 以及純的epoxy浸泡96h后的阻抗譜圖；
[0023]圖3 為mica_MWCNTs/epoxy、MWCNTs/epoxy、epoxy 的熱失重圖譜；
[0024]圖4為epoxy涂層放大200倍的SEM圖片；
[0025]圖5為MWCNTs/epoxy復合涂層放大200倍的SEM圖片；
[0026]圖6為mica-MWCNTs/epoxy復合涂層放大200倍的SEM圖片；
[0027]圖7為epoxy涂層放大500倍的SEM圖片；
[0028]圖8為MWCNTs/epoxy復合涂層放大500倍的SEM圖片；
[0029]圖9為mica-MWCNTs/epoxy復合涂層放大500倍的SEM圖片。
【具體實施方式】
[0030]實施例1
[0031]一種云母負載多壁碳納米管/環氧樹脂復合材料，其制備過程具體包括以下步驟:
[0032](1)酸化多壁碳納米管的制備
[0033]稱取多壁碳納米管于燒杯中，然后加入濃硫酸和濃硝酸體積比為3:1的混酸，超聲振蕩lh后移入三口燒瓶中，40°C，200r/min攪拌12h，接著用去離子水稀釋，抽濾，用0.lmol/L氫氧化鈉溶液洗至中性，80°C烘干，得酸化多壁碳納米管;其中多壁碳納米管與混酸的重量比為1: 10;濃硫酸的濃度為98%，濃硝酸濃度為95% ;
[0034](2)云母(mica)的預處理
[0035]稱取云母于燒杯中，然后加入無水乙醇/去離子水的混合溶液，超聲分散5min，接著加入10wt %的KH560，超聲分散30min后將其移入三口燒瓶中回流1.5h，干燥，得改性的云母；稱取改性后的云母于燒杯中，加入等重量的去離子水混勻，再加入鹽酸，超聲分散20min，最后加入8wt %的己二胺，回流24h，干燥;其中無水乙醇/去離子水混合溶液中無水乙醇和去離子水的體積比為6:1;云母與無水乙醇/去離子水混合溶液的重量比為1:8;鹽酸占超聲分散20min時混合溶液重量的5% ；
[0036](3)mica_MWCNTs雜化材料的制備
[0037]稱取預處理的云母于燒杯中，然后加入N，N二甲基甲酰胺，超聲分散30min，再加入酸化后的多壁碳納米管繼續超聲分散20min，移入三口燒瓶中，95°C下回流24h，得mica-MWCNTs 雜化材料 (云母負載多壁碳納米管雜化材料 ) ； 其中 ，預處理的云母與酸化的多壁碳納米管的重量比為5:1;
[0038](4)改性 mica-MWCNTs 的制備
[0039]稱取mica-MWCNTs雜化材料于燒杯中，然后加入無水乙醇/水混合溶液，超聲分散30min，再加入KH560，超聲分散20min后移入三口燒瓶中，在80°C下攪拌lh，過濾、烘干，得改性的mi ca-MWCNTs ;其中無水乙醇/水混合溶液中無水乙醇與去離子水的體積比為6:1;KH560占mica-MWCNTs雜化材料重量的2% ;mica-MWCNTs雜化材料與無水乙醇/水混合溶液的重量比為1:10;
[0040](5)云母負載多壁碳納米管/環氧樹脂復合材料的制備
[0041 ] 將改性的mica-MWCNTs與環氧樹脂混合，快速攪拌混勾制得云母負載多壁碳納米管/環氧樹脂復合材料(mica-MWCNTs/epoxy)，其中改性的mi