CN104559187A - 碳纳米管改性有机硅树脂基复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳纳米管改性有机硅树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)先用溶剂将碳纳米管分散，再包裹一层表面活性剂，然后加热使溶剂挥发，得到分散均匀的干燥的碳纳米管；2)用有机溶剂将有机硅树脂稀释成50％的固含量，加入步骤1)处理后的碳纳米管，采用超声分散将碳纳米管均匀分散于稀释后的有机硅树脂中；3)将过量的有机溶剂除去，并加热固化，即可得到。发明使用性能优异的碳纳米管作为填料，使得最终复合材料的导电性能良好。发明的制备方法可以达到最佳的分散效果；制备工艺所需设备成较低，操作方便，制备周期较短；所用原材料对基体和碳纳米管的结构无破坏，适用于工业化批量生产。

Description

碳纳米管改性有机硅树脂基复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料的制备方法，具体地指一种碳纳米管改性有机硅树脂基复合材料的制备方法。
背景技术
有机硅树脂以Si-O-Si键为主链，有优良的耐高温性能和突出的介电性，它有优良的耐电晕、耐电弧性。这主要是由于Si-O键具有很高的键能(443.7kJ/mol)和很高的离子化倾向(51％)。以有机硅树脂为基体，添加耐热填料或其他功能性填料，可用作热防护材料、耐热透波或吸波一体化材料或其他有高温要求的功能性复合材料，因此，被广泛应用于航空航天等高科技领域，是一类重要的新型材料。
采用纯有机硅树脂作为基体的复合材料具有比掺杂其他树脂更多的优势，但是，一般纯有机硅树脂的电击穿强度为50KV/mm、体积电阻率为1013～1015Ω·cm，导电性差。因此，目前国内并未发布有关碳纳米管改性纯有机硅树脂复合材料的相关专利，大多数采用有机硅改性树脂作为基体。分析其另一主要原因是有机硅树脂硬度不高，需要掺杂其他树脂进行改性。这也就带来一个问题，那就是在承受高温时，其他树脂并不能发挥优异的耐高温性能而发生脱落，这将导致整个涂层丧失耐高温的能力。
因此，尽管目前现有专利中所描述的碳纳米管复配有机硅改性树脂基复合材料能够改善基体的导电性，但是却无法同时具备良好的导电性和耐温性两种性能。在航空、航天、电网等领域，仍然缺乏一种既导电又耐高温的材料。
发明内容
本发明的目的就是要克服现有技术所存在的不足，提供一种同时具备良好的导电性和耐温性的碳纳米管改性有机硅树脂基复合材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明碳纳米管改性有机硅树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)先用溶剂将碳纳米管分散，再包裹一层表面活性剂，然后加热使溶剂挥发，得到分散均匀的干燥的碳纳米管；所述溶剂选自水、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的任意一种或两种以上的组合；所述表面活性剂为聚偏氟乙烯、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、曲拉通和纤维素中的任意一种或两种以上的组合；
2)用有机溶剂将有机硅树脂稀释成50％的固含量，加入步骤1)处理后的碳纳米管，采用超声分散将碳纳米管均匀分散于稀释后的有机硅树脂中；所述有机溶剂选自二甲苯、苯、正丁醇、氯仿、无水乙醇、1-甲基-2-吡咯烷酮、丙酮、石油醚、C5～C16的烷烃中的任意一种或两种以上的组合；
3)将过量的有机溶剂除去，并加热固化，即可得到碳纳米管改性有机硅树脂基复合材料。
本发明步骤1)中，表面活性剂的添加量为碳纳米管质量的5％～20％。
本发明步骤1)中，所述加热使溶剂挥发的温度为50℃～200℃。
本发明步骤1)中，所述溶剂优选水；所述表面活性剂优选为十二烷基硫酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、曲拉通或羟丙基纤维素。
本发明步骤2)中，所述有机溶剂选自二甲苯、苯、正丁醇、氯仿、无水乙醇、丙酮或石油醚。
本发明步骤2)中，所述碳纳米管的添加量为有机硅树脂质量的1％～30％。
本发明步骤2)中，所述超声分散的时间为30min～120min。
本发明步骤3)中，所述加热固化温度为80℃～500℃。
本发明的有益效果在于：
1)使用性能优异的碳纳米管作为填料，并对纯有机硅树脂改性，使得最终复合材料同时具备良好的导电性和耐温性两种性能；
2)将加入了碳纳米管的有机硅树脂稀释，采用超声分散将碳纳米管均匀分散到树脂中，再将有机溶剂除去，由于碳纳米管在流动的液体中更利于分散，这样可以达到最佳的分散效果；
3)制备工艺所需设备成本较低，操作方便，制备周期较短；所用原材料如二甲苯等，对基体和碳纳米管的结构无破坏，适用于工业化批量生产。
附图说明
图1为本发明碳纳米管改性有机硅树脂基复合材料的制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，但它们不对本发明构成限定。
实施例1
如图1所示，碳纳米管改性有机硅树脂基复合材料的制备方法：
1)先用1000ml去离子水将10g碳纳米管分散，再包裹1g十二烷基硫酸钠，然后在100℃下加热使水分挥发，得到分散均匀的干燥的碳纳米管；
2)用二甲苯将有机硅树脂稀释成50％的固含量，加入有机硅树脂质量10％的步骤1)处理后的碳纳米管，采用超声分散1h将碳纳米管均匀分散于稀释后的有机硅树脂中；
3)将过量的二甲苯除去，并在300℃下加热固化，即可得到碳纳米管改性有机硅树脂基复合材料。
实施例2
按照实施例1的步骤制备，与实施例1的不同点在于，步骤1)中的十二烷基硫酸钠的添加量为0.2g。
实施例3
按照实施例1的步骤制备，与实施例1的不同点在于，步骤1)中的十二烷基硫酸钠的添加量为0.6g。
实施例4
按照实施例1的步骤制备，与实施例1的不同点在于，步骤1)中的十二烷基硫酸钠的添加量为1.4g。
实施例5
按照实施例1的步骤制备，与实施例1的不同点在于，步骤1)中的表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮。
实施例6
按照实施例1的步骤制备，与实施例1的不同点在于，步骤1)中的表面活性剂为曲拉通。
实施例7
按照实施例1的步骤制备，与实施例1的不同点在于，步骤1)中的表面活性剂为羟丙基纤维素。
实施例8
按照实施例1的步骤制备，与实施例1的不同点在于，步骤2)中的碳纳米管的添加量为有机硅树脂质量的1％。
实施例9
按照实施例1的步骤制备，与实施例1的不同点在于，步骤2)中的碳纳米管的添加量为有机硅树脂质量的5％。
实施例10
按照实施例1的步骤制备，与实施例1的不同点在于，步骤2)中的碳纳米管的添加量为有机硅树脂质量的15％。
实施例11
按照实施例1的步骤制备，与实施例1的不同点在于，步骤3)中的固化温度为200℃。
实施例12
按照实施例1的步骤制备，与实施例1的不同点在于，步骤3)中的固化温度为250℃。
实施例13
按照实施例1的步骤制备，与实施例1的不同点在于，步骤3)中的固化温度为350℃。
由实施例1～13所制得碳纳米管改性有机硅树脂基复合材料的导电性能如表1所示。
表1碳纳米管改性有机硅树脂基复合材料的导电性能
样品 电阻率/Ω·cm
实施例1 3.8×10-4
实施例2 5.9×101
实施例3 8.5×10-2
实施例4 1.6×10-3
实施例5 7.9×10-2
实施例6 5.4×10-1
实施例7 1.7×10-3
实施例8 4.9×10-1
实施例9 7.3×10-3
实施例10 9.7×10-3
实施例11 6.4×10-3
实施例12 3.2×10-2
实施例13 6.7×10-3
从表1中可看出，由实施例1～13所制得碳纳米管改性有机硅树脂基复合材料的电阻率为10-4～101Ω·cm，能满足航空航天材料对导电性的要求。
分别以表面活性剂的添加量、表面活性剂的种类、碳纳米管的添加量、固化温度为变量，通过对比实验，采用实施例1中的工艺参数所得到的复合材料的电阻率可以达到3.8×10-4Ω·cm，均优于其他各实施例。因此，可选用实施例1中的配方作为最优工艺参数与此同时，将实施例1～13所制得碳纳米管改性有机硅树脂基复合材料进行耐高温测试，耐受温度为400～550℃，能满足航空航天材料对耐高温的要求。其中，采用实施例1中的工艺参数制备出的材料进行耐高温测试，其最高可耐受温度可以达到550℃，高于国内现有水平。
综上所述，本发明碳纳米管改性有机硅树脂基复合材料同时具备良好的导电性和耐温性两种性能。

Claims (8)

1.一种碳纳米管改性有机硅树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)先用溶剂将碳纳米管分散，再包裹一层表面活性剂，然后加热使溶剂挥发，得到分散均匀的干燥的碳纳米管；所述溶剂选自水、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的任意一种或两种以上的组合；所述表面活性剂为聚偏氟乙烯、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、曲拉通和纤维素中的任意一种或两种以上的组合；
2)用有机溶剂将有机硅树脂稀释成50％的固含量，加入步骤1)处理后的碳纳米管，采用超声分散将碳纳米管均匀分散于稀释后的有机硅树脂中；所述有机溶剂选自二甲苯、苯、正丁醇、氯仿、无水乙醇、1-甲基-2-吡咯烷酮、丙酮、石油醚、C5～C16的烷烃中的任意一种或两种以上的组合；
3)将过量的有机溶剂除去，并加热固化，即可得到碳纳米管改性有机硅树脂基复合材料。
2.根据权利要求1所述的碳纳米管改性有机硅树脂基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1)中，表面活性剂的添加量为碳纳米管质量的5％～20％。
3.根据权利要求1所述的碳纳米管改性有机硅树脂基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述加热使溶剂挥发的温度为50℃～200℃。
4.根据权利要求1所述的碳纳米管改性有机硅树脂基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述溶剂选自水；所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、曲拉通或羟丙基纤维素。
5.根据权利要求1所述的碳纳米管改性有机硅树脂基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述有机溶剂选自二甲苯、苯、正丁醇、氯仿、无水乙醇、丙酮或石油醚。
6.根据权利要求1所述的碳纳米管改性有机硅树脂基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述碳纳米管的添加量为有机硅树脂质量的1％～30％。
7.根据权利要求1所述的碳纳米管改性有机硅树脂基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述超声分散的时间为30min～120min。
8.根据权利要求1所述的碳纳米管改性有机硅树脂基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤3)中，所述加热固化温度为80℃～500℃。
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