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一种碳纳米管/环氧树脂复合材料制造技术

技术编号:18103188 阅读:22 留言:0更新日期:2018-06-03 03:36
一种碳纳米管/环氧树脂复合材料,环氧树脂由于固化后呈现出三维交联网络结构,导致其耐磨性能较差,限制了其广泛应用。为了克服上述缺点,可以采用功能化碳纳米管的加入和表面化学复合镀提高环氧树脂复合材料摩擦磨损性能。研究发现,添加0.5wt%的胺基化碳纳米管/环氧树脂复合材料的摩擦系数和磨损率分别为0.314和0.93×10

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管/环氧树脂复合材料
本专利技术涉及一种复合材料,尤其涉及一种碳纳米管/环氧树脂复合材料。
技术介绍
环氧树脂具有优异的力学性能、热稳定性能和耐化学腐蚀性能等,可作为涂料、结构材料等在汽车、机械领域中具有广泛的应用。随着环氧树脂复合材料应用领域不断扩大,如油田注水、采油管道等,对其耐磨性提出了很高的要求。但是固化后由于三维交联网络结构导致环氧树脂的耐磨性能较差,从而限制了其广泛应用。碳纳米管(CNTs)自1991年被Iijima发现以来,由于其优异的光学、电学和力学性能吸引了科学界的广泛关注。碳纳米管具有与石墨相似的结构,使其具有良好的自润滑性能,将其添加到环氧树脂中可改善环氧树脂的耐磨性。此外,通过表面化学镀的技术可使复合材料的表面性能得到进一步的提高,对改善环氧树脂的耐磨性、拓宽其用领域有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改善环氧树脂复合材料的耐磨性,设计了一种碳纳米管/环氧树脂复合材料。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备原料包括:多壁碳纳米管(MWCNTs),比利时Nanocyl公司,直径为10-20nm,长度为5-20μm;DYD一127型环氧树脂,大连齐化化工有限公司,环氧当量为180-190g/eq;固化剂:三乙烯四胺,天津市光复科技发展有限公司。碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备步骤为:将一定量的原始多壁碳纳米管(p-MWCNTs)加入到体积比为3:1的浓硫酸与浓硝酸的混酸中,在40%下超声分散10h。用去离子水反复清洗碳纳米管,至pH值接近中性,将洗好的碳纳米管在80%下真空干燥24h,即得羧基化的碳纳米管。将羧基化的碳纳米管分散在二氯亚砜(SOCl2)和N,N-二甲基甲酰胺的混合溶液中,在70℃下回流24h,减压蒸馏除去未反应的SOCl2,将产物真空干燥。然后将干燥产物分散在一定量的三乙烯四胺中,在120℃下回流96h,反应后用无水乙醇反复清洗反应产物,直至洗涤液为无色。真空干燥后即得胺基化的多壁碳纳米管(amino—MWCNTs)。将环氧树脂与碳纳米管按比例用三辊搅拌机充分均匀混合。混好后按1:10(wt/wt)的比例加入三乙烯四胺,充分混合后,注入涂有脱模剂的模具中,放人真空干燥箱中进行固化。其固化工艺为:在40℃/lh,80℃/lh,110℃/0.5h后,自然降至室温。用化学镀技术在复合材料表面镀覆复合镀层。化学镀溶液的组成为:Ni2SO4·2H2O(36g/L),NaH2P02·2H20(30g/L),CH3CH(OH)COOH(8g/L),CH3CH2COOH(8g/L),CH3COONa(15g/L),硫脲(O.5mg/L),碳纳米管(0.5g/L),另外添加少量表面活性剂。施镀温度为70±2℃,pH=4.4-4.8,时间为lh。碳纳米管/环氧树脂复合材料的检测步骤为:通过ELMERPHI5600型光电子能谱仪获得碳纳米管的X射线光电子能谱图(XPS)谱图,以阴极Al靶KαX光作为激发源,扫描步长leV。用M-2000型摩擦磨损机测试试样的摩擦磨损性能,用接触角测定仪测试粗化前后试样表面的润湿性,用扫描电子显微镜(SEM)观察碳纳米管和复合材料磨损面的形貌。本专利技术的有益效果是:首先对碳纳米管进行了胺基功能化,在此基础上,对制备好的复合材料进行化学复合镀,以达到进一步提高复合材料耐磨性的目的。三乙烯四胺能够成功接枝到碳纳米管表面添加0.5wt%的胺基化碳纳米管/环氧树脂复合材料呈现出较好的摩擦磨损性能,其摩擦系数和磨损率分别为0.314和0.93×10-4g/min。通过表面化学复合镀Ni-P-CNTs镀层使得复合材料的耐磨性得到了进一步的改善。具体实施方式实施案例1:碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备原料包括:多壁碳纳米管(MWCNTs),比利时Nanocyl公司,直径为10-20nm,长度为5-20μm;DYD一127型环氧树脂,大连齐化化工有限公司,环氧当量为180-190g/eq;固化剂:三乙烯四胺,天津市光复科技发展有限公司。碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备步骤为:将一定量的原始多壁碳纳米管(p-MWCNTs)加入到体积比为3:1的浓硫酸与浓硝酸的混酸中,在40%下超声分散10h。用去离子水反复清洗碳纳米管,至pH值接近中性,将洗好的碳纳米管在80%下真空干燥24h,即得羧基化的碳纳米管。将羧基化的碳纳米管分散在二氯亚砜(SOCl2)和N,N-二甲基甲酰胺的混合溶液中,在70℃下回流24h,减压蒸馏除去未反应的SOCl2,将产物真空干燥。然后将干燥产物分散在一定量的三乙烯四胺中,在120℃下回流96h,反应后用无水乙醇反复清洗反应产物,直至洗涤液为无色。真空干燥后即得胺基化的多壁碳纳米管(amino—MWCNTs)。将环氧树脂与碳纳米管按比例用三辊搅拌机充分均匀混合。混好后按1:10(wt/wt)的比例加入三乙烯四胺,充分混合后,注入涂有脱模剂的模具中,放人真空干燥箱中进行固化。其固化工艺为:在40℃/lh,80℃/lh,110℃/0.5h后,自然降至室温。用化学镀技术在复合材料表面镀覆复合镀层。化学镀溶液的组成为:Ni2SO4·2H2O(36g/L),NaH2P02·2H20(30g/L),CH3CH(OH)COOH(8g/L),CH3CH2COOH(8g/L),CH3COONa(15g/L),硫脲(O.5mg/L),碳纳米管(0.5g/L),另外添加少量表面活性剂。施镀温度为70±2。C,pH=4.4-4.8,时间为lh。碳纳米管/环氧树脂复合材料的检测步骤为:通过ELMERPHI5600型光电子能谱仪获得碳纳米管的X射线光电子能谱图(XPS)谱图,以阴极Al靶KαX光作为激发源,扫描步长leV。用M-2000型摩擦磨损机测试试样的摩擦磨损性能,用接触角测定仪测试粗化前后试样表面的润湿性,用扫描电子显微镜(SEM)观察碳纳米管和复合材料磨损面的形貌。实施案例2:两种碳纳米管均出现了C1s峰和Ols峰。然而,在酰胺化处理之后,N1s出现在胺基化碳纳米管的XPS光谱中,并且Ols的峰强度明显降低。这是由于在胺基化的过程中,三乙烯四胺取代了混酸处理后碳纳米管表面部分的羟基,接枝了胺基,使得N1s峰出现,O1s峰强度降低。这可以证实三乙烯四胺取代羧基中的羟基被接枝到原始碳纳米管的表面。原始的碳纳米管相互卷曲缠绕在一起,碳纳米管较长,碳纳米管之间团聚较为严重,并且碳纳米管表面比较光滑;胺基化碳纳米管变得较短,这是由于在强酸的作用下,碳纳米管被截断的结果。胺基化碳纳米管的直径比原始碳管的直径增大,并且胺基化碳纳米管的表面变得比较粗糙,这可能是由于在原始碳纳米管表面覆盖了薄薄一层三乙烯四胺的缘故。实施案例3:添加了碳纳米管的复合材料的摩擦系数显著降低,当含量超过0.1wt%时,摩擦系数又开始增大,但仍低于环氧树脂的摩擦系数。这可能是由于多壁碳纳米管自身具有石墨片层结构,加入树脂后对其有一定的润滑效果,因而摩擦系数会有所下降。但如果碳管含量较高,碳管存在聚集,其润滑效应就会受到影响。在相同的碳纳米管含量时,与原始碳纳米管复合材料相比,胺基化碳纳米管复合材料的磨损率最低。比如,添加0.5wt%原始碳管、胺基化碳管/环氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米管/环氧树脂复合材料,制备原料包括:碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备原料包括:多壁碳纳米管(MWCNTs),比利时Nanocyl公司,直径为10‑20nm,长度为5‑20μm;DYD一127型环氧树脂,大连齐化化工有限公司,环氧当量为180‑190g/eq;固化剂:三乙烯四胺,天津市光复科技发展有限公司。

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管/环氧树脂复合材料,制备原料包括:碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备原料包括:多壁碳纳米管(MWCNTs),比利时Nanocyl公司,直径为10-20nm,长度为5-20μm;DYD一127型环氧树脂,大连齐化化工有限公司,环氧当量为180-190g/eq;固化剂:三乙烯四胺,天津市光复科技发展有限公司。2.根据权利要求1所述的碳纳米管/环氧树脂复合材料,其特征是碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备步骤为:将一定量的原始多壁碳纳米管(p-MWCNTs)加入到体积比为3:1的浓硫酸与浓硝酸的混酸中,在40%下超声分散10h;用去离子水反复清洗碳纳米管,至pH值接近中性,将洗好的碳纳米管在80%下真空干燥24h,即得羧基化的碳纳米管;将羧基化的碳纳米管分散在二氯亚砜(SOCl2)和N,N-二甲基甲酰胺的混合溶液中,在70℃下回流24h,减压蒸馏除去未反应的SOCl2,将产物真空干燥;然后将干燥产物分散在一定量的三乙烯四胺中,在120℃下回流96h,反应后用无水乙醇反复清洗反应产物,直至洗涤液为无色;真空干燥后即得胺基化的多壁碳纳米管(amino—MWCNTs);将环氧树脂与碳纳米管按比例用三辊搅拌机充分均匀混合;混好后按1:10(wt/wt)的比例加入三乙烯四胺,充分混合后,注入涂有脱模剂的模具中,放人真空干燥箱中进行固化;其固化工艺为:在40℃/lh,80℃/lh,110℃/0.5h后,...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘芳
申请(专利权)人:刘芳
类型:发明
国别省市:辽宁,21

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