导热、阻燃碳纳米管材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种导热、阻燃碳纳米管材料及其制备方法，其中导热、阻燃碳纳米管材料的制备由双酚A二缩水甘油醚环氧树脂(DGEBA环氧树脂)和氨基化碳纳米管(MWCNTs‑NH2)进行反应，其中胺基官能团能够与环氧基团发生开环反应，并促进碳管与环氧树脂基体之间形成较强的界面结合，从而提高复合材料的力学和热力学性能。氨基化碳纳米管加入后环氧树脂的总释热量减少，释烟量增加，阻燃性得到一定程度的提高。

Heat conduction and flame retardant carbon nanotube material and preparation method thereof

The invention discloses a thermal conductive and flame retardant carbon nanotube material and a preparation method thereof, in which the thermal conductive and flame retardant carbon nanotube material is prepared by reacting the bisphenol A diglycidyl ether epoxy resin (DGEBA epoxy resin) and the aminated carbon nanotube (MWCNTs_NH2), in which the amine functional group can react with the epoxy group. It also promotes the formation of strong interfacial bonding between carbon tube and epoxy resin matrix, so as to improve the mechanical and thermodynamic properties of the composites. The total heat release of epoxy resin decreased, the smoke release increased and the flame retardancy of epoxy resin was improved to a certain extent.

【技术实现步骤摘要】
导热、阻燃碳纳米管材料及其制备方法
本专利技术涉及半导体材料
，尤其涉及一种导热、阻燃碳纳米管材料及其制备方法。
技术介绍
纳米复合材料迅速发展并成为一种新型高性能材料，对未来经济和科技发展有十分重要的影响，纳米材料在环氧树脂中的应用主要是在复合材料和涂料方面。环氧树脂纳米复合材料并不是有机相和无机相的简单加和，而是由纳米粒子和环氧树脂在纳米范围内结合形成，两相界面间存在较强或较弱的相互作用，它们的复合将是实现集无机、有机、纳米粒子的诸多特性于一体的新材料。研究结果初步表明，纳米材料能使环氧复合材料的力学、抗划痕等性能大幅度提高，并能提高其耐热性和韧性。碳纳米管(CarbonNanotubes，CNTs)性能优异，强度高、韧性好、化学性能稳定且能导热导电，因而被广泛应用于材料的改性。将CNTs引入环氧树脂中，能够得到导热性和电磁性增强的纳米复合材料，近年来，CNTs对环氧树脂的性能研究得到广泛关注，多壁碳纳米管(Multi-WalledCNTs，MWCNTs)降低了复合材料的热分解率，又提高了复合材料的残炭率。环氧树脂(Epoxyresin)的分子链段中一般含有两个或两个上环氧基团，能够与固化剂反应形成三维交联网状结构的热固性塑料，广泛的用于涂料、胶黏剂、电子材料、航空航天等工业领域，许多研究人员都致力于环氧树脂体系的新品开发和固化机理研究，以期更好地适应高性能复和材料的技术发展。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种导热、阻燃碳纳米管材料及其制备方法，胺基官能团能够与环氧基团发生开环反应，并促进碳管与环氧树脂基体之间形成较强的界面结合，从而提高复合材料的力学和热力学性能。氨基化碳纳米管加入后环氧树脂的总释热量减少，释烟量增加，阻燃性得到一定程度的提高。为实现上述目的，本专利技术提供一种导热、阻燃碳纳米管材料的制备方法，所述导热、阻燃碳纳米管材料的制备方法包括如下步骤：在双酚A二缩水甘油醚环氧树脂(DGEBA环氧树脂)加入质量分数0.25％～1.5％的氨基化碳纳米管(MWCNTs-NH2)，在80℃下，以600r/min的速率进行机械搅拌，直到混合成均匀的体系；混合均匀后，在80℃条件下抽真空一段时间，直至无气体产生后，加入促进剂；继续搅拌2～3min之后将其转移到涂有脱模剂的铝膜中固化，固化工艺为:100℃温度下加热2h，再将温度调至130℃后加热2h，最后将温度升高至150℃加热1h，待模具冷却后(≥3h)，取出样件，得到导热、阻燃碳纳米管材料。可选地，所述在双酚A二缩水甘油醚环氧树脂(DGEBA环氧树脂)加入质量分数0.25％～1.5％的氨基化碳纳米管(MWCNTs-NH2)的步骤之前，将DGEBA环氧树脂在鼓风干燥箱中40℃预热0.5h，降低粘度，将一定化学当量的固化剂甲基六氢苯酐(MHHPA)加入DGEBA环氧树脂的单体中，在80℃条件下，以600r/min的机械搅拌速率搅拌0.5h。可选地，所述下述公式计算加入DGEBA环氧树脂的单体中的甲基六氢苯酐(MHHPA)的量：W为100g环氧树脂固化对应的酸酐用量；M为酸酐的分子量；n为一个酸酐分子上的酸酐单元数；G为环氧树脂的环氧值；C为实验修正系数取0.85；MHHPA相对分子质量为168.19，n＝1，DGEBA环氧树脂的环氧值G＝0.56，计算得，W＝83，即100g环氧树脂需加入83gMHHPA。可选地，所述氨基化碳纳米管(MWCNTs-NH2)的制备方法中先将羰基化碳纳米管(MWCNTs-COOH)反应得到酰氯化碳纳米管(MWCNTs-COCl)，制备方法如下：将羰基化碳纳米管(MWCNTs-COOH)，置于真空烘箱中，50℃烘干4h，然后置于反应釜中然后分别称量二氯亚砜(SOCl2)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)(体积比为20:1)，加入反应釜中；打开冷凝水，将混合液加热至70℃，开始计时，处理24h，反应结束后，连接减压蒸馏装置，将二氯亚砜(SOCl2)逐渐蒸出；蒸馏至反应釜内混合物呈粘稠状态，停止蒸馏，等待反应釜内混合物温度降至室温，加入无水四氢呋喃(THF)，搅拌2h；利用过滤装置对产物进行过滤，将过滤后的碳纳米管进行研磨至无块状存在为止；然后置于真空烘箱中减压干燥12h，制得酰氯化碳纳米管(MWCNTs-COCl)。可选地，将酰氯化碳纳米管(MWCNTs-COCl)制备得到氨基化碳纳米管(MWCNTs-NH2)的制备方法如下：将MWCNTs-COCl置于反应釜中，加入乙二胺(EDA)，开启搅拌装置和冷凝水，并通氮气保护，常温浸泡2h；然后将混合液加热至110℃，开始计时，72h后停止加热，继续搅拌至室温，加入无水四氢呋喃，搅拌2h；利用微孔过滤装置对产物进行过滤，将过滤后的产物进行研磨至无块状存在为止，然后将产物置于真空烘箱50℃减压干燥12h，即得氨基化碳纳米管(MWCNTS-NH2)。可选地，所述在双酚A二缩水甘油醚环氧树脂(DGEBA环氧树脂)加入的氨基化碳纳米管(MWCNTs-NH2)的质量分数1％。可选地，所述促进剂为2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚(DMP-30)。可选地，所述促进剂的质量分数为0.2％。可选地，所述固化工艺中，控制升温速率为10～15℃/min。本专利技术还提供一种导热、阻燃碳纳米管材料，其特征在于，通过上述导热、阻燃碳纳米管材料的制备方法得到导热、阻燃碳纳米管材料。本专利技术提供的一种导热、阻燃碳纳米管材料及其制备方法，双酚A二缩水甘油醚环氧树脂(DGEBA环氧树脂)和氨基化碳纳米管(MWCNTs-NH2)进行反应，其中胺基官能团能够与环氧基团发生开环反应，并促进碳管与环氧树脂基体之间形成较强的界面结合，从而提高复合材料的力学和热力学性能。氨基化碳纳米管加入后环氧树脂的总释热量减少，释烟量增加，阻燃性得到一定程度的提高。具体实施方式为更好地说明本专利技术，便于理解本专利技术的技术方案，本专利技术的典型但非限制性的实施例如下：原料准备：双酚A二缩水甘油醚环氧树脂(DGEBA环氧树脂)的预处理：式中，W为100g环氧树脂固化对应的酸酐用量；M为酸酐的分子量；n为一个酸酐分子上的酸酐单元数；G为环氧树脂的环氧值；C为实验修正系数(0.7～1之间，一般取0.85)。MHHPA相对分子质量为168.19，n＝1，DGEBA环氧树脂的环氧值G＝0.56，根据公式计算得，W＝83，即100g环氧树脂需加入83gMHHPA。氨基化碳纳米管(MWCNTs-NH2)的制备：将羰基化碳纳米管(MWCNTs-COOH)，置于真空烘箱中，50℃烘干4h，然后置于反应釜中然后分别称量二氯亚砜(SOCl2)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)(体积比为20:1)，加入反应釜中；打开冷凝水，将混合液加热至70℃，开始计时，处理24h，反应结束后，连接减压蒸馏装置，将二氯亚砜(SOCl2)逐渐蒸出；蒸馏至反应釜内混合物呈粘稠状态，停止蒸馏，等待反应釜内混合物温度降至室温，加入无水四氢呋喃(THF)，搅拌2h；利用过滤装置对产物进行过滤，将过滤后的碳纳米管进行研磨至无块状存在为止；然后置于真空烘箱中减压干燥12h，制得酰氯化碳纳米管(MWCNTs-COCl)。将MWCNTs-COCl置于反应釜中，加入乙二胺(EDA)，开启搅拌装置和冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种导热、阻燃碳纳米管材料的制备方法，其特征在于，所述导热、阻燃碳纳米管材料的制备方法包括如下步骤：在双酚A二缩水甘油醚环氧树脂(DGEBA环氧树脂)加入质量分数0.25％～1.5％的氨基化碳纳米管(MWCNTs‑NH2)，在80℃下，以600r/min的速率进行机械搅拌，直到混合成均匀的体系；混合均匀后，在80℃条件下抽真空一段时间，直至无气体产生后，加入促进剂；继续搅拌2～3min之后将其转移到涂有脱模剂的铝膜中固化，固化工艺为:100℃温度下加热2h，再将温度调至130℃后加热2h，最后将温度升高至150℃加热1h，待模具冷却后(≥3h)，取出样件，得到导热、阻燃碳纳米管材料。

【技术特征摘要】
1.一种导热、阻燃碳纳米管材料的制备方法，其特征在于，所述导热、阻燃碳纳米管材料的制备方法包括如下步骤：在双酚A二缩水甘油醚环氧树脂(DGEBA环氧树脂)加入质量分数0.25％～1.5％的氨基化碳纳米管(MWCNTs-NH2)，在80℃下，以600r/min的速率进行机械搅拌，直到混合成均匀的体系；混合均匀后，在80℃条件下抽真空一段时间，直至无气体产生后，加入促进剂；继续搅拌2～3min之后将其转移到涂有脱模剂的铝膜中固化，固化工艺为:100℃温度下加热2h，再将温度调至130℃后加热2h，最后将温度升高至150℃加热1h，待模具冷却后(≥3h)，取出样件，得到导热、阻燃碳纳米管材料。2.如权利要求1所述的导热、阻燃碳纳米管材料的制备方法，其特征在于，所述在双酚A二缩水甘油醚环氧树脂(DGEBA环氧树脂)加入质量分数0.25％～1.5％的氨基化碳纳米管(MWCNTs-NH2)的步骤之前，将DGEBA环氧树脂在鼓风干燥箱中40℃预热0.5h，降低粘度，将一定化学当量的固化剂甲基六氢苯酐(MHHPA)加入DGEBA环氧树脂的单体中，在80℃条件下，以600r/min的机械搅拌速率搅拌0.5h。3.如权利要求2所述的导热、阻燃碳纳米管材料的制备方法，其特征在于，所述下述公式计算加入DGEBA环氧树脂的单体中的甲基六氢苯酐(MHHPA)的量：W为100g环氧树脂固化对应的酸酐用量；M为酸酐的分子量；n为一个酸酐分子上的酸酐单元数；G为环氧树脂的环氧值；C为实验修正系数取0.85；MHHPA相对分子质量为168.19，n＝1，DGEBA环氧树脂的环氧值G＝0.56，计算得，W＝83，即100g环氧树脂需加入83gMHHPA。4.如权利要求1所述的导热、阻燃碳纳米管材料的制备方法，其特征在于，所述氨基化碳纳米管(MWCNTs-NH2)的制备方法中先将羰基化碳纳米管(MWCNTs-COOH)反应得到酰氯化碳纳米管(MWCNTs-COCl)，制备方法如下：将羰基化碳纳米管(MWCNTs-COOH)，置于真空烘箱中...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐瑞，
申请(专利权)人：深圳市零度智控科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44