一种聚苯胺纳米晶须改性环氧树脂复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚苯胺纳米晶须的合成方法，包括：通过化学氧化工艺，将植酸、苯胺和过硫酸铵按照一定比例反应，经离心、洗涤、干燥后制得具有晶须状形貌、直径60

An epoxy resin composite modified by polyaniline nano whisker and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种聚苯胺纳米晶须改性环氧树脂复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及改性环氧树脂复合材料领域，尤其涉及一种聚苯胺纳米晶须改性环氧树脂复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]环氧树脂是一类应用非常广泛的热固性聚合物，具有良好的耐化学腐蚀能力、粘结强度、介电性能等，在航空航天、国防军事、运输工程和石油化工等众多领域颇受青睐，相关材料和产品的研发备受国内外学术界和工业界的关注。然而，环氧树脂在固化过程中会形成三维交联网络结构，分子链的运动能力差，脆性相对较大，在外加载荷撞击时易导致表层材料的剥离，尤其是在遭受滑动干摩擦时极易出现严重磨损，导致相关产品的服役寿命严重缩水，因此在很多场合，尤其是力学强度和耐磨要求较高的领域应用受到很大限制。
[0003]环氧树脂的摩擦学性能与其力学强度和硬度密切相关，为此，国内外研究者通过在环氧基体中引入不同种类的无机填料，如纳米粒子、纤维等，利用坚硬的无机填料提高环氧树脂的强度和硬度的同时，也赋予其良好的抗磨能力。然而，亲水性的无机填料与亲脂性的环氧树脂之间存在着显著的极性差异，往往难以获得良好的界面结合，不利于提高环氧树脂的力学强度和抗磨能力；此外，无机纳米粒子容易因粒子间存在的范德华力作用而形成大量的团聚，难以在环氧基体中均匀分散而导致环氧树脂复合材料的性能恶化，而具有较大长径比的纤维在填充量较高时也会相互纠缠而同样难以分散，不利于获得具有高填充量的环氧树脂复合材料。因此，开发一种与环氧树脂界面相容性高的新型有机刚性耐磨改性剂，对于提高环氧树脂的摩擦磨损性能显得尤为重要和必要。

技术实现思路

[0004]针对
技术介绍
中提到的技术问题，本申请提出了一种聚苯胺纳米晶须改性环氧树脂复合材料及其制备方法。本专利技术利用操作简便、条件温和的化学氧化法，在优化合成工艺参数的基础上获得了聚苯胺纳米晶须，随后将这种聚苯胺纳米晶须引入环氧树脂作为功能填料，通过溶液共混法制备了聚苯胺纳米晶须在基体中分散均匀、力学性能大幅提高而磨损速率显著降低的环氧树脂复合材料。
[0005]
技术实现思路
如下：
[0006]一种聚苯胺纳米晶须改性环氧树脂复合材料，其特征在于：主料为环氧树脂，填料为聚苯胺纳米晶须；其中，所述的聚苯胺纳米晶须的用量为环氧树脂质量的1％～7％。
[0007]所述的聚苯胺纳米晶须改性环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]称取一定量的聚苯胺纳米晶须加入20mL的丙酮溶液中，用超声波细胞粉碎机处理1h进行预分散，而后缓慢滴加到50～90℃预热20～50min的环氧树脂溶液中并强烈搅拌2～6h，使两者充分混合；在持续强烈搅拌的情况下，将预先在90～120℃熔融的固化剂迅速加入以上混合体系，继续强烈搅拌1～3h；随后浇注到提前在40～80℃预热的硅胶模具中，在40～100℃经真空脱气后20～40min，经高温固化成型，得到聚苯胺纳米晶须改性环氧树脂
复合材料。
[0009]优先地，环氧树脂溶液在70℃预热30min；
[0010]优选地，固化剂在105℃加热至液态；
[0011]优选地，在60℃真空脱气30min；
[0012]优选地，高温固化是在100℃下固化2h，再在150℃下固化2h；
[0013]优选地，所述的固化剂为4,4
‑
二氨基二苯基甲烷，与环氧树脂的质量比为26.5：100。
[0014]所述的聚苯胺纳米晶须的合成方法如下：
[0015]S1、室温下，将植酸和苯胺溶于20mL的去离子水中并强烈搅拌5min，得到均匀的橙黄色溶液A；将的过硫酸铵溶于10mL的去离子水中并强烈搅拌5min，得到均匀的无色透明溶液B；
[0016]S2、在持续的强烈搅拌作用下，将溶液B缓慢加入溶液A中，得到墨绿色的溶液，立即停止搅拌并静置反应24h，经反复的离心、洗涤后，在60℃真空干燥至恒重，所得产物即为聚苯胺纳米晶须。
[0017]优选地，S1中，植酸的用量为0.002～0.05mol，优选为0.01mol；
[0018]优选地，S1中，苯胺的用量为0.01～0.25mol，优选为0.05mol；
[0019]优选地，S1中，过硫酸铵的用量为0.0025～0.0625mol，优选为0.0125mol；
[0020]优选地，S2中，静置反应温度为0～10℃，优选为4℃。
附图说明
[0021]图1为实施例3中所述的聚苯胺纳米晶须的SEM图；
[0022]图2为实施例3中所述的聚苯胺纳米晶须的TEM图；
[0023]图3为对照例1中所述的纯环氧树脂的磨损区域光学图片
[0024]图4为对照例1中所述的纯环氧树脂的磨损区域的磨痕轮廓线；
[0025]图5为实施例3中所述的聚苯胺纳米晶须改性环氧树脂复合材料的磨损区域光学图片
[0026]图6为实施例3中所述的聚苯胺纳米晶须改性环氧树脂复合材料的磨损区域的磨痕轮廓线。
[0027]从图1和图2可以看出，所制备的聚苯胺纳米晶须的直径约为60～100nm，长径比为4～8，呈现出典型的晶须状形貌，表明成功地合成了聚苯胺纳米晶须。
[0028]从图3和图4可以看出，纯环氧树脂呈现出较大面积的磨损区域，其磨痕宽度达到了约6.6mm；与之相比，图5和图6则显示，聚苯胺纳米晶须改性环氧树脂复合材料的磨损区域要明显变窄，其磨痕宽度仅为2.5mm。显然，聚苯胺纳米晶须改性环氧树脂复合材料具有更高的抗磨损性能。
具体实施方式
[0029]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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做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。
[0030]本申请实施例以及对照例中使用的环氧树脂为工业级，E51，双酚A性，环氧值为0.48～0.53。
[0031]实施例1：
[0032]S1、室温下，将0.01mol的植酸和0.05mol的苯胺溶于20mL的去离子水中并强烈搅拌5min，得到均匀的橙黄色溶液A；将0.0125mol的过硫酸铵溶于10mL的去离子水中并强烈搅拌5min，得到均匀的无色透明溶液B；
[0033]S2、在持续的强烈搅拌作用下，将溶液B缓慢加入溶液A中，得到墨绿色的溶液，立即停止搅拌并使其在4℃下静置反应24h，经反复的离心、洗涤后，在60℃真空干燥至恒重，得到聚苯胺纳米晶须。
[0034]S3、称取0.16g的聚苯胺纳米晶须加入20mL的丙酮溶液中，用超声波细胞粉碎机处理1h进行预分散，而后缓慢滴加到15.69g的在70℃预热30min的环氧树脂溶液中并强烈搅拌4h，使两者充分混合；在持续强烈搅拌的情况下，将4.15g的预先在105℃熔融的4,4
‑
二氨基二苯基甲烷迅速加入以上混合体系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚苯胺纳米晶须改性环氧复合材料，其特征在于：主料为环氧树脂，填料为聚苯胺纳米晶须；其中，所述聚苯胺纳米晶须的用量为1％
‑
7％，环氧树脂74％
‑
78％和固化剂18％
‑
22％。2.一种如权利要求1所述的聚苯胺纳米晶须改性环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：称取一定量的聚苯胺纳米晶须加入20mL的丙酮溶液中，用超声波细胞粉碎机处理1h进行预分散，而后缓慢滴加到环氧树脂溶液中并强烈搅拌2
‑
6h，使两者充分混合；在持续强烈搅拌的情况下，将固化剂迅速加入以上混合体系，继续强烈搅拌1
‑
3h；随后浇注到硅胶模具中，在40
‑
100℃经真空脱气后20
‑
40min，经高温固化成型，得到聚苯胺纳米晶须改性环氧树脂复合材料。3.根据权利要求2所述的聚苯胺纳米晶须改性环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，所述固化剂为4,4
‑
二氨基二苯基甲烷。4.根据权利要求2所述的聚苯胺纳米晶须改性环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，所述固化剂与环氧树脂的质量比为26.5：100。5.根据权利要求2所述的聚苯胺纳米晶须改性环氧树脂复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨继年，蒋柳，董洁，聂士斌，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：