CN103951940A - 一种抗静电环氧树脂复合材料及其制备方法 - Google Patents

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梁浩
解芳
刘惠茹
强娜
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惠州学院
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Abstract

本发明涉及高分子复合材料领域,具体涉及一种抗静电环氧树脂复合材料及其制备方法。一种抗静电环氧树脂复合材料,包含如下质量份数的组分:碳纳米管0.1~3.0份;导电云母0.1~1.0份;偶联剂0.1~1.0份;环氧树脂60~80份;固化剂8~30份。本发明使用氨基功能化的碳纳米管和导电云母为复配填料,分散环氧树脂中,制备具有抗静电性能的环氧树脂复合材料,操作工艺简单,复配填料的使用一方面可以保证材料的抗静电性能,另一方面可以降低成本。该方法所使用的功能填料的添加量少,产品的稳定性好,可用于电器、电子等方面。

Description

一种抗静电环氧树脂复合材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及高分子复合材料领域,具体涉及一种抗静电环氧树脂复合材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 环氧树脂中含有独特的环氧基,以及其他活性基团和极性基团,具有许多优异的性能,如粘接性能优异、固化收缩率小、稳定性好等。环氧树脂的种类和牌号以及固化剂的种类很多,可以进行多种多样的组合和组配,从而能获得各种各样性能优异的、各具特色的环氧固化体系和固化物,能适应和满足各种不同使用性能和工艺性能的要求。但环氧树脂也有其固有缺点,即是耐冲击损伤能力差,韧性差、耐热性能也较低。作为高分子材料,其具有高的表面电阻率和体积电阻率,在一些工业生产和产品应用中,可能积聚静电,从而妨碍了生产过程和产品质量,带来静电危害,如导致精密仪器失真、电子元件报废等。

[0003] 碳纳米管是目前可制备出的具有最高比强度的材料,具有良好的力学性能,抗拉强度达到50~200GPa,与其他材料制成复合材料,可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性,给复合材料的性能带来极大的改善。因此,可将碳纳米管与环氧树脂复合,制备碳纳米管/环氧树脂复合材料,以获得更加优异性能的新型复合材料。由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同,所以也具有很好的电学性能,因此可以作为导电填料使用,传导高分 子材料表面的电荷,消除积累的电荷,从而达到抗静电的良好效果。

[0004] 申请号为CN200610035870.8的中国专利公开了“一种碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备方法”,该专利将碳纳米管羧酸化和酰氯化,通过小分子脂肪胺修饰,而后分散于环氧树脂基体中,用芳香胺固化,得到复合材料,所得到的材料仅强度和模量有所提高;美国杂志《聚合物》(Polymer,1999年第40卷5967—5971页)报道了一种具有很好抗静电效果的碳纳米管环氧树脂复合材料,但该制备方法使用的是模板法,即先制备碳纳米管阵列,再与环氧树脂复合,步骤复杂,仅适合在实验室中完成,不具备工业化前景。

[0005]发明内容

[0006] 本发明的目的在于针对现有技术的不足,提供一种以碳纳米管和导电云母为复配填料,环氧树脂为基体的抗静电复合材料。

[0007] 本发明的另一个目的是提供抗静电环氧树脂复合材料的制备方法。

[0008] 本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现:

一种抗静电环氧树脂复合材料,包含如下质量份数的组分:

碳纳米管0.1~3.0份;导电云母0.1~1.0份;偶联剂0.1~1.0份;环氧树脂60-80份;固化剂8~30份。

[0009] 进一步的,所述碳纳米管直径为5(T200 nm,长度为5~20 μ m。

[0010] 进一步的,所述氮化招粒径10~50 nm。[0011] 进一步的,所述环氧树脂为液态双酚A型环氧树脂。如本技术领域的常用的E-51,E-44,E-42, E-54中的至少一种都可实现本发明。

[0012] 进一步的,所述固化剂为芳香族胺类固化剂。

[0013] 进一步的,所述芳香族胺类固化剂为二氨基二苯砜、二氨基二苯甲烷,间苯二胺中的至少一种。

[0014] 硅烷偶联剂为本技术领域常用的硅烷偶联剂均可实现本发明,如KH550,KH560,KH570中的至少一种。

[0015] 一种抗静电环氧树脂复合材料的制备方法,包括如下步骤:

步骤I将碳纳米管放入浓H2SO4和HNO3 (体积比为3:1)的混合液中,在超声波振荡和机械搅拌作用下,处理2飞h,然后用大量去离子水洗涤至中性。

[0016] 步骤2将步骤I中的碳纳米管加入酰氯试剂中,在超声振荡下加热到6(T70°C,回流If 24 h,之后减压蒸馏除去多余的酰氯试剂。

[0017] 步骤3将步骤2得到的碳纳米管与有机胺加入至有机溶剂中,室温下磁力搅拌反应3(T48h,过滤,用去离子水洗去未反应的有机胺,然后真空干燥后得到氨基化的碳纳米管。

[0018] 步骤4将环氧树脂加热到9(T110°C,而后将导电云母、偶联剂和步骤3得到的碳纳米管加入,高速搅拌 l(T30min,再加入8~30份固化剂,继续高速搅拌5~10 min,浇铸到模具中,80-100Ό固化2~3h,13(T150°C固化4~5h,成型后得到抗静电环氧树脂复合材料。

[0019] 进一步的,所述酰氯试剂为二氯亚砜、草酰氯中的至少一种。

[0020] 进一步的,所述有机胺为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、1,6-己二胺中的至少一种。

[0021] 进一步的,步骤3中所述有机溶剂为本技术领域常用的溶剂均可实现本发明,如二甲基甲酰胺,乙醇,甲醇中的至少一种

在本发明当中,由于导电云母为铝硅酸盐,其表面一般具有大量的羟基结构,利用这个特性在步骤4时将碳纳米管和导电云母同时偶联至环氧树脂当中,能够得到碳纳米管和导电云母均匀分散的抗静电环氧树脂复合材料。

[0022] 本发明具有如下有益效果:

本发明使用氨基功能化的碳纳米管和导电云母为复配填料,分散环氧树脂中,制备具有抗静电性能的环氧树脂复合材料,操作工艺简单,复配填料的使用一方面可以保证材料的抗静电性能,另一方面可以降低成本。该方法所使用的功能填料的添加量少,产品的稳定性好,可用于电器、电子等方面。

具体实施方式

[0023] 下面结合实施例对本发明进行详细的说明,实施例仅是本发明的优选实施方式,不是对本发明的限定。

[0024] 实施例1:

一种抗静电环氧树脂复合材料,按质量份数,制备方法按步骤为:

I将0.2份碳纳米管放入浓H2SO4和HNO3的混合液(体积比为3:1)中,在超声波振荡和机械搅拌作用下,处理3h,然后用大量去离子水洗涤至中性。[0025] 2将所得到的碳纳米管加入二氯亚砜中,在超声振荡下加热到60°C,回流24h,之后减压蒸馏除去多余的二氯亚砜。

[0026] 3将得到的碳纳米管与10份的1,6-己二胺加入二甲基甲酰胺中,室温下磁力搅拌反应48h,过滤,用去离子水洗去未反应的1,6_己二胺,70°C真空干燥后得到氨基化碳纳米管。

[0027] 4将60份E-44环氧树脂加热到100°C,而后将0.2份导电云母、0.2份KH550偶联剂和步骤3得到的0.2氨基化碳纳米管加入,高速搅拌15min,再加入9份间苯二胺,继续高速搅拌5min,浇铸到模具中,80°C固化2h,150°C固化4h,成型后得到抗静电环氧树脂复合材料。

[0028] 实施例2:

一种抗静电环氧树脂复合材料,按质量份数,制备方法按步骤为: I将0.5份碳纳米管放入浓H2SO4和HNO3的混合液(体积比为3:1)中,在超声波振荡和机械搅拌作用下,处理4h,然后用大量去离子水洗涤至中性。

[0029] 2将所得到的碳纳米管加入草酰氯中,在超声振荡下加热到60°C,回流24h,之后减压蒸馏除去多余的草酰氯。

[0030] 3将得到的碳纳米管与15份的乙二胺加入二甲基甲酰胺中,室温下磁力搅拌反应48h,过滤,用去离子水洗去未反应的乙二胺,70°C真空干燥后得到氨基化碳纳米管。

[0031] 4将70份E-54环氧树脂加热到100°C,而后将0.1份导电云母、0.3份KH560偶联剂和步骤3得到的0.5氨基化碳纳米管加入,高速搅拌20min,再加入27份二氨基二苯甲烷,继续高速搅拌5min,浇铸到模具中,850C固化2h,140°C固化4h,成型后得到抗静电环氧树脂复合材料。

[0032] 实施例3:

一种抗静电环氧树脂复合材料,按质量份数,制备方法按步骤为:

I将2.0份碳纳米管放入浓H2SO4和HNO3的混合液(体积比为3:1)中,在超声波振荡和机械搅拌作用下,处理5h,然后用大量去离子水洗涤至中性。

[0033] 2将所得到的碳纳米管加入二氯亚砜中,在超声振荡下加热到60°C,回流24h,之后减压蒸馏除去多余的二氯亚砜。

[0034] 3将得到的碳纳米管与20份的二乙烯三胺加入二甲基甲酰胺中,室温下磁力搅拌反应48h,过滤,用去离子水洗去未反应的二乙烯三胺,70°C真空干燥后得到氨基化碳纳米管。

[0035] 4将80份E-51环氧树脂加热到100°C,而后将1.0份导电云母、1.0份KH570偶联剂和步骤3得到的2.0份氨基化碳纳米管加入,高速搅拌30min,再加入23份二氨基二苯砜,继续高速搅拌5min,浇铸到模具中,90°C固化2h,150°C固化4h,成型后得到抗静电环氧树脂复合材料。

[0036] 实施例4:

一种抗静电环氧树脂复合材料,按质量份数,制备方法按步骤为:

I将3.0份碳纳米管放入浓H2SO4和HNO3的混合液(体积比为3:1)中,在超声波振荡和机械搅拌作用下,处理3h,然后用大量去离子水洗涤至中性。

[0037] 2将所得到的碳纳米管加入二氯亚砜中,在超声振荡下加热到60°C,回流24h,之后减压蒸馏除去多余的二氯亚砜。

[0038] 3将得到的碳纳米管与30份的1,6-己二胺加入二甲基甲酰胺中,室温下磁力搅拌反应48h,过滤,用去离子水洗去未反应的1,6_己二胺,70°C真空干燥,得到氨基化碳纳米管。

[0039] 4将70份E-44环氧树脂加热到100°C,而后将0.5份导电云母、0.5份KH550偶联剂和步骤3得到的3.0份氨基化碳纳米管加入,高速搅拌25min,再加入20份二氨基二苯甲烷,继续高速搅拌5min,浇铸到模具中,85°C固化2h,150°C固化4h,成型后得到抗静电环氧树脂复合材料。

[0040] 实施例5:

一种抗静电环氧树脂复合材料,按质量份数,制备方法按步骤为:

I将1.0份碳纳米管放入浓H2SO4和HNO3的混合液(体积比为3:1)中,在超声波振荡和机械搅拌作用下,处理5h,然后用大量去离子水洗涤至中性。

[0041] 2将所得到的碳纳米管加入草酰氯中,在超声振荡下加热到60°C,回流24h,之后减压蒸馏除去多余的草酰氯。

[0042] 3将得到的碳纳米管与20份的1,6-己二胺加入二甲基甲酰胺中,室温下磁力搅拌反应48h,过滤,用去离子水洗去未反应的1,6_己二胺,70°C真空干燥,得到氨基化碳纳米管。

[0043] 4将60份E-42环氧树脂加热到100°C,而后将0.6份导电云母、0.3份KH560偶联剂和步骤3得到的3.0份氨基化碳纳米管加入,高速搅拌25min,再加入23份二胺基二苯砜,继续高速搅拌5min,浇铸到模具中,90°C固化2h,145°C固化4h,成型后得到抗静电环氧树脂复合材料。

[0044] 实施例6:

一种抗静电环氧树脂复合材料,按质量份数,制备方法按步骤为:

I将0.6份碳纳米管放入浓H2SO4和HNO3的混合液(体积比为3:1)中,在超声波振荡和机械搅拌作用下,处理3h,然后用大量去离子水洗涤至中性。

[0045] 2将所得到的碳纳米管加入二氯亚砜中,在超声振荡下加热到60°C,回流24h,之后减压蒸馏除去多余的二氯亚砜。

[0046] 3将得到的碳纳米管与15份的1,6-己二胺加入二甲基甲酰胺中,室温下磁力搅拌反应48h,过滤,用去离子水洗去未反应的1,6_己二胺,70°C真空干燥,得到氨基化碳纳米管。

[0047] 4将60份E-51环氧树脂加热到100°C,而后将0.5份导电云母、0.5份KH550偶联剂和步骤3得到的3.0份氨基化碳纳米管加入,高速搅拌25min,再加入8份间苯二胺,继续高速搅拌5min,浇铸到模具中,85°C固化2h,150°C固化4h,成型后得到抗静电环氧树脂复合材料。

[0048] 各实施例对应的性能测试数据见表1 表1

Figure CN103951940AD00071

从上表可知,本发明利用导电云母与碳纳米管同步添加至环氧树脂当中,所得复合材料能够具有良好的抗静电性能和力学性能。

[0049] 以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制,但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案,均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抗静电环氧树脂复合材料,其特征在于包含如下质量份数的组分: 碳纳米管 0.1~3.0份; 导电云母 0.1~ 1.0份; 偶联剂 ο.1~1.0份; 环氧树脂 60-80份; 固化剂 8~30份。
2.根据权利要求1所述的一种抗静电环氧树脂复合材料,其特征在于:所述碳纳米管直径为50~200 nm,长度为5~20 μ m。
3.根据权利要求1所述的一种抗静电环氧树脂复合材料,其特征在于:所述氮化铝粒径 10~50 nm。
4.根据权利要求1所述的一种抗静电环氧树脂复合材料,其特征在于:所述环氧树脂为液态双酚A型环氧树脂。
5.根据权利要求1所述的一种抗静电环氧树脂复合材料,其特征在于:所述固化剂为芳香族胺类固化剂。
6.根据权利要求5所述的一种抗静电环氧树脂复合材料,其特征在于:所述芳香族胺类固化剂为二氨基二苯砜、二氨基二苯甲烷,间苯二胺中的至少一种。
7.—种权利要求1所述的一种抗静电环氧树脂复合材料的制备方法,其特征在于包括如下步骤: 步骤I将碳纳米管放入浓H2SO4和HNO3的混合液中,在超声波振荡和机械搅拌作用下,处理2~6h,然后用大量去离子水洗涤至中性; 步骤2将步骤I中的碳纳米管加入酰氯试剂中,在超声振荡下加热到6(T70°C,回流18~ 24 h,之后减压蒸馏除去多余的酰氯试剂;步骤3将步骤2得到的碳纳米管与有机胺加入至有机溶剂当中,室温下磁力搅拌反应30~48h,过滤,用去离子水洗去未反应的有机胺,然后真空干燥后得到氨基化的碳纳米管;步骤4将环氧树脂加热到90~110°C,而后将导电云母、偶联剂和步骤3得到的碳纳米管加入,高速搅拌l0~30min,再加入8~30份固化剂,继续高速搅拌5~10 min,浇铸到模具中,80-100.固化2~3h,130~150°C固化4~5h,成型后得到抗静电环氧树脂复合材料。
8.根据权利要求7所述的一种抗静电环氧树脂复合材料的制备方法,其特征在于:所述酰氯试剂为二氯亚砜、草酰氯中的至少一种。
9.根据权利要求7所述的一种抗静电环氧树脂复合材料的制备方法,其特征在于:所述有机胺为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、1,6-己二胺中的至少一种。
10.根据权利要求7所述的一种抗静电环氧树脂复合材料的制备方法,其特征在于,所述有机溶剂为二甲基甲酰胺,乙醇,甲醇中的至少一种。
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