一种氧化铝/蒙脱石/环氧树脂纳米复合材料制造技术

本发明专利技术涉及一种氧化铝/蒙脱石/环氧树脂纳米复合材料，制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）制备填料含量为2%～3%的纳米氧化铝/有机蒙脱石/环氧树脂复合材料；（2）在室温下搅拌均匀经超声分散机进行超声波混合0.5～1h；（3）依次加入固化剂和促进剂，所述的得重量比为环氧树脂∶固化剂∶促进剂=100∶80∶1，搅拌均匀后经超声分散机进行超声波混合0.5～1h；（4）在真空中保持0.5～1h，去除体系中的气泡，获得均一透明的体系；（5）将上述体系注入钢制模具，分三步固化。本发明专利技术将零维纳米氧化铝与有机蒙脱石这两种不同维度的纳米物质复合于环氧树脂中，可使蒙脱石剥离为二维纳米单片，得到综合性能大幅提高的新型材料。

An Alumina/Montmorillonite/Epoxy Resin Nanocomposites

The invention relates to an alumina/montmorillonite/epoxy resin nanocomposites, and its preparation method and characteristics include the following steps: (1) preparing nano-alumina/organic montmorillonite/epoxy resin composites with filler content of 2%-3%; (2) mixing uniformly at room temperature by ultrasonic disperser for 0.5-1 h; (3) adding curing agent and accelerator in turn; The weight ratio is epoxy resin: curing agent: accelerator = 100:80:1. After mixing uniformly, ultrasonic mixing is carried out by ultrasonic disperser for 0.5-1 h; (4) keeping 0.5-1 h in vacuum, removing bubbles in the system, and obtaining a uniform and transparent system; (5) injecting the above system into steel mould, and curing in three steps. The invention compounds two different dimension nano-materials, zero-dimensional nano-alumina and organic montmorillonite, into epoxy resin, which can peel montmorillonite into two-dimensional nano-monolithic, and obtains a new material with greatly improved comprehensive performance.

【技术实现步骤摘要】
一种氧化铝/蒙脱石/环氧树脂纳米复合材料
本专利技术涉及一种氧化铝/蒙脱石/环氧树脂纳米复合材料，属于新型复合材料领域，广泛用于各行各业的生产制造。
技术介绍
航空航天、航海潜水、兵器制造等工业的迅猛发展迫切需要质量轻、模量高、强度高、韧性高和耐热强的高性能多功能轻型材料。蒙脱石/环氧树脂复合材料是很有挖掘潜力者之一。环氧树脂具有透明、质轻、高内聚力等优点。蒙脱石具有其独特的层状结构，剥离后的蒙脱石单层是典型的二维纳米材料，具有较大的宽高比，与基体间的作用强烈。添加少量的蒙脱石就可有效的提高环氧树脂的模量、阻隔和耐火等性能。因此作为新型高性能工程材料而被广泛应用。但由于蒙脱石层片间具有过量负电荷，会吸附大量阳离子，使其在弱极性的环氧树脂基体中难以剥离成单层的二维纳米材料，在增强一些性能的同时往往会降低其它一些性能，多数的蒙脱石/环氧树脂复合材料在模量上都会提高，但在强度上常发生下降。另外，由于蒙脱石层片间强烈的亲水性，为促进树脂与蒙脱石的复合，蒙脱石通常要用表面活性剂修饰，以增强其与憎水的树脂之间的亲和性，但是这些修饰剂往往又会降低复合物的玻璃化转变温度，降低热稳定性。因此，现有的蒙脱石/环氧树脂复合材料还不能用于制造复杂环境条件下具有特殊要求的关键结构部件。为了满足复杂环境条件下关键结构部件的特殊要求，必须对现有蒙脱石/环氧树脂复合材料进行改进。研究显示，将另一种维度纳米材料与蒙脱石一同复合到树脂基体中，可以促进蒙脱石的剥离，显著提高其增强效果。零维纳米氧化铝密度低、无毒性、具有很高的化学稳定性等性能，也是一种重要的增强聚合物的添加物。将纳米氧化铝和蒙脱石与环氧树脂同时复合，实现了蒙脱石的完全剥离，制备出在拉伸模量、拉伸强度、缺口冲击强度、玻璃化转变温度、热分解温度等方面都有大幅提高的新型高性能多功能轻质环氧树脂纳米复合材料。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提升环氧树脂多项性能，在环氧树脂中加入纳米氧化铝和有机蒙脱石，使纳米氧化铝和蒙脱石均匀交错的分布于环氧树脂中，很好的提升了材料的拉伸强度、抗冲击强度和耐热性。本专利技术的目的以下列方式实现：一种氧化铝/蒙脱石/环氧树脂纳米复合材料，所述的环氧树脂含有质量分数为2%～3%填料，所述的填料为纳米氧化铝和有机蒙脱石。优选地：所述的填料中纳米氧化铝和有机蒙脱石的质量比0.5:1.5～1.5:0.5。本专利技术的氧化铝/蒙脱石/环氧树脂纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）制备填料含量为2%～3%的纳米氧化铝/有机蒙脱石/环氧树脂复合材料，所述的填料为纳米氧化铝和有机蒙脱石；（2）在室温下搅拌均匀经超声分散机进行超声波混合0.5～1h；（3）依次加入固化剂和促进剂，所述的得重量比为环氧树脂∶固化剂∶促进剂=100∶80∶1，搅拌均匀后经超声分散机进行超声波混合0.5～1h；（4）在真空中保持0.5～1h，去除体系中的气泡，获得均一透明的体系；（5）将上述体系注入钢制模具，分三步固化，第一步：升温到80～100℃，保温两个小时；第二步：升温到140～160℃，保温两小时，第三步，升温至180℃进行后固化，保温两小时。优选地：所述的固化剂为质量分数40%甲基四氢邻苯二甲酸酐。优选地：所述的促进剂为质量分数2%的2-乙基-4-甲基咪唑。本专利技术的有益效果：本专利技术将零维纳米氧化铝与有机蒙脱石这两种不同维度的纳米物质复合于环氧树脂中，可使蒙脱石剥离为二维纳米单片，得到综合性能大幅提高的新型材料，说明零维纳米材料可以促进蒙脱石在高分子基体中的剥离，作为硬质点引入环氧树脂体系后，刚性纳米氧化铝的表面活性基团易与环氧树脂基体发生键合作用，增强基体结合的强度，充分发挥两者的优异特性，来满足很多方面的性能需求。本专利技术的纳米氧化铝/有机蒙脱石/环氧树脂复合材料的拉伸模量和强度均显著高于纯环氧树脂，也高于有机蒙脱石/环氧树脂复合材料。模量和强度是纯环氧树脂的250%和180%，其模量和强度相对于有机蒙脱石/环氧树脂复合材料均提高将近40%和130%。本专利技术的有机蒙脱石/环氧树脂复合材料和纳米氧化铝/有机蒙脱石/环氧树脂复合材料的冲击强度均高于纯环氧树脂。纳米氧化铝/有机蒙脱石/环氧树脂复合材料的冲击强度也高于有机蒙脱石/环氧树脂复合材料，效果提升将近30%。本专利技术的纳米氧化铝/有机蒙脱石/环氧树脂复合材料具有比纯环氧树脂和有机蒙脱石/环氧树脂复合材料更高的热稳定性。相较于纯环氧树脂，玻璃化温度提高将近10℃，热分解温度提高了将近15℃；相较于有机蒙脱石/环氧树脂复合材料，玻璃化温度提高将近12℃，热分解温度提升将近5℃。将零维纳米氧化铝与有机蒙脱石这两种不同维度的纳米物质复合于环氧树脂中，可使蒙脱石剥离为二维纳米单片，得到综合性能大幅提高的新型材料，说明零维纳米材料可以促进蒙脱石在高分子基体中的剥离，作为硬质点引入环氧树脂体系后，刚性纳米氧化铝的表面活性基团易与环氧树脂基体发生键合作用，增强基体结合的强度，充分发挥两者的优异特性，来满足很多方面的性能需求。具体实施方式下面将具体实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。以下实施例所用的原料如下：环氧树脂采用双酚A环氧树脂E-51（中石化巴陵石油化工有限责任公司），固化剂甲基四氢邻苯二甲酸酐（日本四国化成工业株式会社），促进剂2-乙基-4-甲基咪唑（日本四国化成工业株式会社），有机蒙脱石（浙江丰虹新材料股份有限公司）。纳米氧化铝（北京纳辰科技发展有限责任公司）。实施例1一种氧化铝/蒙脱石/环氧树脂纳米复合材料，所述的环氧树脂含有质量分数为2%～3%填料，所述的填料为纳米氧化铝和有机蒙脱石，所述的填料中纳米氧化铝和有机蒙脱石的质量比0.5:1.5。其制备方法，包括以下步骤：（1）制备填料含量为2%的纳米氧化铝/有机蒙脱石/环氧树脂复合材料，将质量比0.5:1.5的纳米氧化铝和有机蒙脱石加入环氧树脂中；（2）在室温下搅拌均匀后经超声分散机进行超声波混合0.5h；（3）依次加入质量分数40%甲基四氢邻苯二甲酸酐（固化剂）和质量分数2%的2-乙基-4-甲基咪唑（促进剂），所述的得重量比为环氧树脂∶固化剂∶促进剂=100∶80∶1，搅拌均匀后经超声分散机进行超声波混合0.5h；（4）在真空中保持1h，去除体系中的气泡，获得均一透明的体系；（5）将上述体系注入钢制模具，分三步固化，第一步：升温到80℃，保温两个小时；第二步：升温到150℃，保温两小时，第三步，升温至180℃进行后固化，保温两小时。实施例2一种氧化铝/蒙脱石/环氧树脂纳米复合材料，所述的环氧树脂含有质量分数为2%～3%填料，所述的填料为纳米氧化铝和有机蒙脱石，所述的填料中纳米氧化铝和有机蒙脱石的质量比1.5:0.5。其制备方法，包括以下步骤：（1）制备填料含量为2.5%的纳米氧化铝/有机蒙脱石/环氧树脂复合材料，将质量比1:1的纳米氧化铝和有机蒙脱石加入环氧树脂中；（2）在室温下搅拌均匀后经超声分散机进行超声波混合0.7h；（3）依次加入质量分数40%甲基四氢邻苯二甲酸酐（固化剂）和质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化铝/蒙脱石/环氧树脂纳米复合材料，其特征在于：所述的环氧树脂含有质量分数为2%～3%填料，所述的填料为纳米氧化铝和有机蒙脱石。

【技术特征摘要】
1.一种氧化铝/蒙脱石/环氧树脂纳米复合材料，其特征在于：所述的环氧树脂含有质量分数为2%～3%填料，所述的填料为纳米氧化铝和有机蒙脱石。2.根据权利要求1所述的一种氧化铝/蒙脱石/环氧树脂纳米复合材料，其特征在于：所述的填料中纳米氧化铝和有机蒙脱石的质量比0.5:1.5~1.5:0.5。3.如权利要求1所述的一种氧化铝/蒙脱石/环氧树脂纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）制备填料含量为2%～3%的纳米氧化铝/有机蒙脱石/环氧树脂复合材料，所述的填料为纳米氧化铝和有机蒙脱石；（2）在室温下搅拌均匀后经超声分散机进行超声波混合0.5～1h；（3）依次加入固化剂和促进剂，所述的得重量比为环氧树脂∶固化剂∶促进剂=100∶80∶1，搅拌均匀后经超声分散机进行超声波混合0.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：张瑞珠，崔祥程，张豪，邵玉飞，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：河南,41