一种掺氮碳纳米管与纳米金刚石共强化环氧树脂的应用制造技术

本发明专利技术涉及环氧树脂基复合材料领域，具体为一种掺氮碳纳米管与纳米金刚石共强化环氧树脂的应用。将纳米金刚石与掺氮碳纳米管分散于环氧树脂中，利用纳米金刚石与掺氮碳纳米管丰富的表面官能团，使其与环氧树脂的相应基团反应，形成有效的相互作用，以促进二者在环氧树脂基体中的分散。当固化后的复合材料受到外力时，外力可以通过基体与填料间的相互作用有效地从力学性能较弱的环氧树脂基体传递到力学性能优异的纳米金刚石与掺氮碳纳米管，以提高材料的机械性能。同时，较碳纳米管或是功能化后的碳纳米管，使用纳米金刚石与掺氮碳纳米管作为混合增强材料，同等条件下，其与环氧树脂共混后所得物的粘稠度有效降低。

Application of a nitrogen doped carbon nanotube and nano diamond co strengthened epoxy resin

【技术实现步骤摘要】
一种掺氮碳纳米管与纳米金刚石共强化环氧树脂的应用
本专利技术涉及环氧树脂基复合材料领域，具体为一种掺氮碳纳米管与纳米金刚石共强化环氧树脂的应用。
技术介绍
环氧树脂基的材料由于其质轻且同时有着良好的机械性能、耐腐蚀性、耐候性，而得到广泛的关注与应用。特别是环氧树脂基复合材料，可作为结构材料使用，有着极大的部分替代金属材料的潜力，有助于减少金属这一不可再生资源的使用。此外，环氧树脂基复合材料替代汽车、飞机、轮船上的部分金属材料，可以有效减少运输工具的重量，进而降低能源的消耗。当今世界，资源短缺，能源匮乏，能源的节约使用无疑有着极大的经济利益与战略意义。使用高性能的环氧树脂基复合材料取代或部分取代广泛在在汽车、飞机、轮船上的高密度金属材料是实现运输工具轻量化的主要途径之一。使用力学性能表现优越的纳米碳材料（碳纳米管、纳米金刚石、石墨烯等）强化环氧树脂，所形成的复合材料可一定程度上表现出纳米碳材料优越的机械性能，从而大幅提升环氧树脂基体的性能。目前而言，纳米碳材料在环氧树脂中的均匀分散以及与环氧树脂有效的相互作用，是这种材料工业化使用的主要技术难点。目前，解决这一问题常用的方法有用强酸强碱处理纳米碳材料，或是其他的化学修饰的方法。这些方法常会产生较严重的污染，且成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种掺氮碳纳米管与纳米金刚石共强化环氧树脂的应用。将掺氮碳纳米管、纳米金刚石与环氧树脂混合固化后，可有效提高环氧树脂固化物的力学性能。同时，使用纳米金刚石与掺氮碳纳米管的混合料作为增强材料混于环氧树脂中，较碳纳米管或是功能化后的碳纳米管，同等条件下，其与环氧树脂共混后所得物的粘稠度有效降低。该应用摆脱了传统纳米碳/环氧树脂复合材料生产过程中的高成本、污染，以及复杂操作，解决高性能环氧树脂基复合材料工业化的问题。本专利技术的技术方案是：一种掺氮碳纳米管与纳米金刚石共强化环氧树脂的应用，将所述纳米金刚石与掺氮碳纳米管混合后作为增强材料与环氧树脂复合，以强化环氧树脂，包括如下步骤：1）将纳米金刚石与掺氮碳纳米管混合均匀，纳米金刚石的含量在0.5~99.5wt%；2）将纳米金刚石与掺氮碳纳米管的混合物均匀分散于环氧树脂中，混合物的含量在0.1~80wt%；3）加入固化剂，并搅拌均匀；4）固化成型。所述掺氮碳纳米管为通过物理制备方法或化学制备方法得到。所述掺氮碳纳米管为直接制备得到的掺氮碳纳米管、经过氧基团修饰的掺氮碳纳米管、经过氮基团修饰的掺氮碳纳米管或经过磷基团修饰的掺氮碳纳米管。所述掺氮碳纳米管为通过原位方式或后处理方式以使氮原子进入碳纳米管骨架结构。所述修饰为通过物理或化学的手段在原材料表面接枝官能团或负载颗粒。所述纳米金刚石的主体结构为以sp3杂化轨道形成共价键连接的碳原子。所述纳米金刚石的形貌为纳米尺度的球形颗粒。所述纳米金刚石包含直接得到的纳米金刚石、经过氧基团修饰的纳米金刚石、经过氮基团修饰的纳米金刚石、经过磷基团修饰的纳米金刚石或负载其他物质的纳米金刚石。所述纳米金刚石表面氧含量为0.1~40at%。所述掺氮碳纳米管的氮含量为0.1~40at%。所述步骤1中环氧树脂为纯环氧树脂或在纯环氧树脂基础上添加活性稀释剂等调配好的环氧树脂料。本专利技术优点如下：1、本专利技术将纳米金刚石与掺氮碳纳米管分散于环氧树脂中，利用纳米金刚石与掺氮碳纳米管丰富的表面官能团，使其与环氧树脂的相应基团反应，形成有效的相互作用，很大程度上提高了所形成复合材料的拉伸性能、断裂韧性、冲击强度等机械性能。2、本专利技术使用纳米金刚石与掺氮碳纳米管的混料增强环氧树脂，较碳纳米管或是功能化后的碳纳米管，同等条件下，其与环氧树脂共混后所得物的粘稠度有效降低。3、本专利技术摆脱了传统纳米碳/环氧树脂复合材料制备过程中为解决纳米碳材料在环氧树脂中的分散难题及与环氧树脂间相互作用而处理纳米碳材料所带来的高成本、污染，以及复杂操作。附图说明图1为实施例1中所述纳米金刚石的透射电镜图。图2为实施例1中所述竹节状掺氮碳纳米管透射电镜照片。具体实施方式为了使本专利技术的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。实施例1本实施例中，方法如下：将含氧量10at%的纳米金刚石与含氮量10at%的竹节状掺氮碳纳米管按质量比1:3混合均匀，混合料按质量比1:100均匀分散于南京中赢纳米新材料有限公司zy5401A型环氧树脂料中，添加zy5401B型固化剂料，并搅拌均匀。将混匀后的物质在100oC烘箱中静置3小时固化成型。所得复合材料拉伸强度为70.7MPa，拉伸模量为3.3GPa，断裂延伸率为4.8%，冲击强度为31.8kJ/m2，断裂韧性为3.3MPa﹒m1/2。而未添加填料的环氧树脂固化物拉伸强度为65.0MPa，拉伸模量为2.74GPa，断裂延伸率为5.5%，冲击强度为26.30kJ/m2，断裂韧性为1.16MPa﹒m1/2。添加普通碳纳米管的环氧树脂基复合材料的最优拉伸强度为58.0MPa，拉伸模量为2.53GPa，断裂延伸率为5.0%，冲击强度为26.30kJ/m2，断裂韧性为1.16MPa﹒m1/2。纳米金刚石与掺氮碳纳米管的混合料作为增强材料混于环氧树脂后，较碳纳米管或是功能化后的碳纳米管，同等条件下，混合后所得物的粘稠度明显降低。实施例2本实施例中，方法如下：将含氧量10at%的纳米金刚石与含氮量6at%的掺氮碳纳米管按质量比4:1混合均匀，混合料按质量比1:200均匀分散于南京中赢纳米新材料有限公司zy5401A型环氧树脂料中，添加zy5401B型固化剂料，并搅拌均匀。将混匀后的物质在100oC烘箱中静置3小时固化成型。纳米金刚石与掺氮碳纳米管的混合料作为增强材料混于环氧树脂后，较碳纳米管或是功能化后的碳纳米管，同等条件下，混合后所得物性的粘稠度明显降低。实施例3本实施例中，方法如下：将纳米金刚石进一步修饰含氮基团后，与含氮量10at%的掺氮碳纳米管按质量比2:1混合均匀，混合料按质量比1:200均匀分散于南京中赢纳米新材料有限公司zy5401A型环氧树脂料中，添加zy5401B型固化剂料，并搅拌均匀。将混匀后的物质在100oC烘箱中静置3小时固化成型。纳米金刚石与掺氮碳纳米管的混合料作为增强材料混于环氧树脂后，较碳纳米管或是功能化后的碳纳米管，同等条件下，混合后所得物的粘稠度明显降低。实施例4本实施例中，方法如下：将纳米金刚石进一步修饰含氧基团后，与含氧量10at%的掺氮碳纳米管按质量比4:1混合均匀，混合料按质量比1:200均匀分散于南京中赢纳米新材料有限公司zy5401A型环氧树脂料中，添加zy5401B型固化剂料，并搅拌均匀。将混匀后的物质在100oC烘箱中静置3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种掺氮碳纳米管与纳米金刚石共强化环氧树脂的应用，其特征在于，将所述纳米金刚石与掺氮碳纳米管混合后作为增强材料与环氧树脂复合，包括如下步骤：/n1）将纳米金刚石与掺氮碳纳米管混合均匀，纳米金刚石的含量在0.5~ 99.5 wt%；/n2）将纳米金刚石与掺氮碳纳米管的混合物均匀分散于环氧树脂中，混合物的含量在0.1~ 80 wt%；/n3）加入固化剂，并搅拌均匀；/n4）固化成型。/n

【技术特征摘要】
1.一种掺氮碳纳米管与纳米金刚石共强化环氧树脂的应用，其特征在于，将所述纳米金刚石与掺氮碳纳米管混合后作为增强材料与环氧树脂复合，包括如下步骤：
1）将纳米金刚石与掺氮碳纳米管混合均匀，纳米金刚石的含量在0.5~99.5wt%；
2）将纳米金刚石与掺氮碳纳米管的混合物均匀分散于环氧树脂中，混合物的含量在0.1~80wt%；
3）加入固化剂，并搅拌均匀；
4）固化成型。


2.按照权利要求1所述的掺氮碳纳米管与纳米金刚石共强化环氧树脂的应用，其特征在于，所述掺氮碳纳米管为通过物理制备方法或化学制备方法得到。


3.按照权利要求1所述的掺氮碳纳米管与纳米金刚石共强化环氧树脂的应用，其特征在于，所述掺氮碳纳米管为直接制备得到的掺氮碳纳米管、经过氧基团修饰的掺氮碳纳米管、经过氮基团修饰的掺氮碳纳米管或经过磷基团修饰的掺氮碳纳米管。


4.按照权利要求1所述的掺氮碳纳米管与纳米金刚石共强化环氧树脂的应用，其特征在于，所述掺氮碳纳米管为通过原位方式或后处理方式以使氮原子进入碳纳米管骨架结构。


5.按照权利要求3所述的掺氮碳纳米管与纳米金刚石共强化环氧树脂的应用，其特征在于，所述修饰为通过物理或化学的手段...

【专利技术属性】
技术研发人员：王奇，苏杨，
申请(专利权)人：南京中赢纳米新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32