改性多壁碳納米管/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種A1203改性多壁碳納米管/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)氧樹脂具有粘結(jié)性強(qiáng)、耐腐蝕、絕緣性好、強(qiáng)度高等特點(diǎn)，因此可將其應(yīng)用于涂料、粘合劑、電子封裝和復(fù)合材料等領(lǐng)域，但因其缺點(diǎn)是固化后內(nèi)應(yīng)力大，易剝離和開裂，并且耐疲勞、耐熱和沖擊韌性差，導(dǎo)致其應(yīng)用范圍受限。
[0003]碳納米管(Carbon nanotubes，CNTs)因其具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、電學(xué)、力學(xué)、儲(chǔ)氫等特能，所以在納米電子器件、超強(qiáng)復(fù)合材料、儲(chǔ)氫材料、催化劑載體等諸多新領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用前景。與單壁碳納米管相比，多壁碳納米管(MWCNTs)的生產(chǎn)成本低，并且管徑可在較寬的范圍內(nèi)進(jìn)行選擇，因此基于多壁碳納米管的復(fù)合材料更貼近實(shí)際并能容易滿足產(chǎn)業(yè)化要求。
[0004]將多壁碳納米管與環(huán)氧樹脂結(jié)合，充分發(fā)揮兩者的特點(diǎn)，則有可能獲得綜合性能優(yōu)異的復(fù)合材料，因此，多壁碳納米管/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料已受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。但由于多壁碳納米管容易相互纏繞聚集，表面活性不高，與樹脂的粘結(jié)性差，很難均勻分散在樹脂中，得到的復(fù)合材料性能不佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)上述不足之處而提供的一種A1203改性多壁碳納米管/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及其制備方法，通過制備A1203改性多壁碳納米管，將A1203和多壁碳納米管的優(yōu)異性能相結(jié)合，適當(dāng)?shù)亟档投啾谔技{米管的表面積，然后再與環(huán)氧樹脂混合，得到分散性、防腐性和耐磨性良好的復(fù)合涂層。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種A1203改性多壁碳納米管/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法，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1:40;濃硫酸的濃度為98%，濃硝酸濃度為95% ;
[0010](2) A1203-MWCNTs雜化材料的制備
[0011]稱取酸化后多壁碳納米管于去離子水中，超聲分散15min后移入三口燒瓶中，40°C，500r/min攪拌30min，再稱取硫酸鋁溶于去離子水中，混合均勻后加入到三口燒瓶中，用NaOH調(diào)節(jié)溶液pH值為8.5-9.5，200r/min繼續(xù)攪拌6h，放置12h，烘干，洗滌至中性，500°C下煅燒2h，得到A1203-MWCNTs雜化材料;其中酸化后多壁碳納米管與硫酸鋁的重量比為1:4;
[0012](3)A1203-MWCNTs雜化粒子的功能化
[0013]稱取A1203_MWCNTs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30min，再加入KH560，超聲分散20min后移入三口燒瓶中，80°C，200r/min攪拌反應(yīng)l_2h，過濾、烘干;其中去離子水與無水乙醇的體積比為1:6;A1203-MWCNTs與無水乙醇/去離子水混合溶液的重量比為1:8;添加KH560的量為A1203-MWCNTs重量的2% ；
[0014](4)A1203改性多壁碳納米管/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備
[0015]將步驟(3)的反應(yīng)產(chǎn)物與環(huán)氧樹脂混合，攪拌均勻得A1203改性多壁碳納米管/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其中步驟(3)的反應(yīng)產(chǎn)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%。
[0016]本發(fā)明提供的一種A1203改性多壁碳納米管/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及其制備方法，具有以下幾種有益效果:
[0017](1)多壁碳納米管由于極大的表面能，使其非常容易團(tuán)聚，通過A1203包覆多壁碳納米管以及KH560有機(jī)改性相結(jié)合的方法有效的改性多壁碳納米管，進(jìn)一步改善碳納米管的分散性。
[0018](2)該制備方法簡單，制備得的復(fù)合材料的綜合性能得以改善，對(duì)腐蝕介質(zhì)具有很好的抗?jié)B透性能，阻抗性能也得到很大提高，耐磨性能也大大增加。
【附圖說明】
[0019]圖1 為MWCNTs放大50000倍的SEM圖；
[0020]圖2為MWCNTs放大100000倍的SEM圖；
[0021 ] 圖3為AhOs-MWCNTs雜化材料放大50000倍的SEM圖；
[0022]圖4為AhOs-MWCNTs雜化材料放大100000倍的SEM圖；
[0023]圖5為MWCNTs/epoxy復(fù)合涂層拉伸1.5mm后放大500倍的圖片；
[0024]圖6為AhCfe-MWCNTs/epoxy復(fù)合涂層拉伸1.5mm后放大500倍的圖片；
[0025]圖7為epoxy拉伸1.5mm后放大500倍的圖片；
[0026]圖8為Al203-MWCNTs/epoxy復(fù)合涂層、MWCNTs/epoxy復(fù)合涂層和純epoxy浸泡2h后的阻抗譜圖；
[0027]圖9 為Al203-MffCNTs/epoxy 復(fù)合涂層、MWCNTs/epoxy 復(fù)合涂層和純 epoxy 浸泡 96h 后的阻抗譜圖；
[0028]圖10為分別含MWCNTs/epoxy復(fù)合涂層和A1203-MWCNTs復(fù)合涂層的玻璃片耐磨性實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖；其中a為含MWCNTs/epoxy復(fù)合涂層玻璃片的平均磨損值;b為含A1203-MWCNTs復(fù)合涂層的玻璃片的平均磨損值。
【具體實(shí)施方式】
[0029]實(shí)施例1
[0030]—種A1203改性多壁碳納米管/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0031](1)酸化多壁碳納米管的制備
[0032]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1:40;濃硫酸的濃度為98%，濃硝酸濃度為95% ;
[0033](2) A1 203-MWCNTs雜化材料的制備
[0034]稱取酸化后多壁碳納米管于去離子水中，超聲分散15min后移入三口燒瓶中，40°C，500r/min攪拌30min，再稱取硫酸鋁溶于去離子水中，混合均勻后加入到三口燒瓶中，用NaOH調(diào)節(jié)溶液pH值為8.5-9.5，200r/min繼續(xù)攪拌6h，放置12h，烘干，洗滌至中性，500°C下煅燒2h，得到A1203-MWCNTs雜化材料;其中酸化后多壁碳納米管與硫酸鋁的重量比為1:4;
[0035](3)A1203-MWCNTs雜化粒子的功能化
[0036]稱取A1203_MWCNTs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30min，再加入KH560，超聲分散20min后移入三口燒瓶中，80°C，200r/min攪拌反應(yīng)l_2h，過濾、烘干;其中去離子水與無水乙醇的體積比為1:6;A1203-MWCNTs與無水乙醇/去離子水混合溶液的重量比為1:8;添加KH560的量為A1203-MWCNTs重量的2% ；
[0037](4)A1203改性多壁碳納米管/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備
[0038]將步驟(3)的反應(yīng)產(chǎn)物與環(huán)氧樹脂混合，攪拌均勻得A1203改性多壁碳納米管/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其中步驟(3)的反應(yīng)產(chǎn)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%。
[0039]實(shí)施例2
[0040]—種MWCNTs/ep