CN109929235A - 一种高导电导热碳纳米复合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高导电导热碳纳米复合物及其制备方法，属于高分子材料技术领域。本发明将碳纳米管，枯草芽孢杆菌菌液，葡萄糖溶液，水混合发酵，接着加入硝酸铁溶液，随后滴加氢氧化钠溶液调节pH，搅拌混合，过滤，干燥，得一次处理碳纳米管；将一次处理碳纳米管置于液氮中冷冻，球磨，过筛，干燥，得二次处理碳纳米管；将二次处理碳纳米管置于炭化炉中，逐级升温炭化，降温，即得改性碳纳米管；将环氧树脂，改性碳纳米管，改性甘蔗渣，固化剂，线性树脂，增粘树脂，异氰酸酯，硬脂酸钠，胶粉混合，热压成型，即得碳纳米复合物。本发明提供的碳纳米复合物具有优异的导电性能，导热性能和力学性能。
Description
技术领域
本发明公开了一种高导电导热碳纳米复合物及其制备方法，属于高分子材料技术领域。
背景技术
碳纳米材料因其具有独特的结构和优异的电学、光学、热力学性质及机械性能被广泛应用于电极、能量存储、催化剂载体、过滤装置等多个领域。当将碳材料与金属或金属氧化物复合在一起时，又可用作磁性材料，催化剂及化学传感器等。
目前制备碳纳米材料的方法主要包括电弧放电法、激光溅射法、化学气相沉积法。其中电弧放电法和激光溅射法因设备昂贵，耗能高，产物杂质多等缺点限制了其在工业生产中的应用，化学气相沉积法在制备碳纳米管过程中需首先用还原性气体在高温条件下将催化剂还原出来，且制备过程中容易产生碳颗粒，无定形碳等杂质而存在一定的问题。固态热解有机金属前体法制备碳材料因其制备简单且产率高等特点成为近年来人们的研究热点。
此外，由于碳纳米管极差的相容性和分散性使其易产生自缠绕或团聚现象，从而限制了其实际应用碳基微纳米粉体具有极高的比表面积、力学性能、卓越的热性能和电性能，其中碳基填料，如石墨(209Wm-1K-1)、碳纳米管(3100～3500Wm-1K-1)、金刚石(2000Wm-1K-1)、石墨烯(4840～5300Wm-1K-1)等具有超高的热导率，利用其来提高复合材料的热导率备受学术界和工业界的青睐。近年来，人们已经成功将碳纳米管(如：多壁碳纳米管、单壁碳纳米管)，碳纳米纤维，富勒烯等碳材料作为填料，用金属粉末或金属，陶瓷的混合粉末和树脂等为基材，制备各种新型高导电导热碳纳米材料，所得的功能化碳基复合材料同时具有高导热和导电性，良好的机械性能，以及优良的可加工性，在生物医药、微纳电子、高性能复合材料等领域有着广泛的应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高导电导热碳纳米复合物及其制备方法，以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高导电导热碳纳米复合物，其特征在于：包括以下重量份数的原料组成：80～100份环氧树脂，20～30份碳纳米管，10～20份固化剂，10～20份增粘树脂，2～3份硬脂酸钠，2～3份胶粉。
所述碳纳米复合物还包括以下重量份数的原料：10～20份甘蔗渣，10～20份线性树脂，2～3份异氰酸酯。
所述环氧树脂为双酚A型液体环氧树脂或双酚F型液体环氧树脂中任意一种；所述固化剂为二己基三胺，二乙氨基丙胺或三乙烯四胺中的任意一种；所述增粘树脂为松香或萜烯树脂中的任意一种；所述胶粉为桃胶粉，明胶粉或骨胶粉中的任意一种。所述线性树脂为聚甲基丙烯酸甲酯，聚酰胺，聚醚醚酮或聚醚酰亚胺中的任意一种。所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯，二苯基甲烷二异氰酸酯或三甲基己烷二异氰酸酯中的任意一种。
所述碳纳米复合物包括以下重量份数的原料组成：100份环氧树脂，30份碳纳米管，20份固化剂，20份增粘树脂，3份硬脂酸钠，3份胶粉，20份甘蔗渣，20份线性树脂，3份异氰酸酯。
一种高导电导热碳纳米复合物的制备方法，其特征在于：具体制备方法为：
（1）发酵；
（2）将步骤（1）所得物，冷冻，球磨；
（3）将步骤（2）所得物炭化；
（4）将甘蔗渣汽爆，发酵，水蒸汽处理，球磨；
（5）混料，成型。
所述碳纳米复合物的具体制备步骤如下：
（1）将碳纳米管，枯草芽孢杆菌菌液，葡萄糖溶液，水混合发酵，接着加入硝酸铁溶液，随后滴加氢氧化钠溶液调节pH，搅拌混合，过滤，干燥，得一次处理碳纳米管，由于碳纳米管表面含有活性基团，使得枯草芽孢杆菌能够附着在碳纳米管表面，接着滴加硝酸铁溶液，由于枯草芽孢杆菌细胞壁表面带负电荷，能够吸引并富集体系中的铁离子，接着通过滴加氢氧化钠溶液调节pH，使得富集在碳纳米管表面的铁离子沉淀；
（2）将一次处理碳纳米管置于液氮中冷冻，球磨，过筛，干燥，得二次处理碳纳米管，经过液氮冷冻，使得碳纳米管表面的沉淀固定在起表面，接着经过球磨，由于碳纳米管表面分布固定有纳米级的氢氧化铁沉淀，氢氧化铁沉淀可作为内部的球磨颗粒，从而使得碳纳米管能够分散成更小一级的碳材料，进一步细化后的碳纳米管与基体树脂间拥有更大的接触面积，使得改性碳纳米管与基体树脂间的界面结合强度得到提升，从而使得体系的力学性能得到进一步的提升；
（3）将二次处理碳纳米管炭化，即得改性碳纳米管，经过炭化，使得体系中的氢氧化铁沉淀失水，生成氧化铁，同时产生焦油，随着体系逐渐上升，体系中的单质碳能够与氧化铁反应，使得氧化铁还原成单质铁，在热压成型过程中，体系中的焦油受热渗出，生成的焦油能够改善改性碳纳米管与基体树脂间的界面结合性能，从而使得体系的力学性能得到进一步提升，同时，焦油身处过程中，能够携带体系中的单质铁渗透至改性碳纳米管与基体树脂间的界面结合处，由于单质铁的填充，使得改性碳纳米管与间的界面电阻和界面热阻同时得到降低，从而使得体系的导热性能和导电性能得到进一步的提升；
（4）将甘蔗渣汽爆，过筛，得预处理甘蔗渣，按重量份数计，将30～50份预处理甘蔗渣，2～3份二沉池污泥，0.1～0.2份蔗糖，60～80份水混合发酵，接着加入预处理甘蔗渣质量0.2～0.3倍的硝酸铁溶液，接着加入氢氧化钠溶液调节pH至7.7～7.9，搅拌混合，冻融循环，过滤，干燥，炭化，得炭化料，将炭化料用高温高压水蒸汽反应，得预处理料，接着将预处理料与低熔点合金按质量比1：5～1：10加热搅拌球磨，即得改性甘蔗渣；
（5）将环氧树脂，改性碳纳米管，改性甘蔗渣，固化剂，线性树脂，增粘树脂，异氰酸酯，硬脂酸钠，胶粉混合，热压成型，即得碳纳米复合物。
所述碳纳米复合物的具体制备过程为：
（1）按重量份数计，将1～2份枯草芽孢杆菌，0.1～0.2份牛奶磷脂，0.1～0.2份聚乙二醇，10～20份去离子水置于烧杯中，随后将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为30～35℃，转速为200～300r/min条件下，搅拌混合40～60min，即得枯草芽孢杆菌菌液；按重量份数计，将20～30份碳纳米管，3～5份枯草芽孢杆菌菌液，2～3份质量分数为0.3～0.5%的葡萄糖溶液，30～50份水置于2号发酵釜中，于温度为30～35℃条件下，混合发酵3～5天，接着向2号发酵釜中加入碳纳米管质量0.2～0.3倍质量分数为10～20%的硝酸铁溶液，随后向2号发酵釜中滴加氢氧化钠溶液调节pH至8.1～8.3，于转速为300～500r/min条件下，搅拌混合40～60min后，过滤，得1号滤渣，接着将1号滤渣置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下，干燥至恒重，得一次处理碳纳米管；
（2）将一次处理碳纳米管置于液氮中冷冻，得冷冻块，接着将冷冻块置于球磨机中球磨40～60min，过450目的筛，得球磨料，接着将球磨料置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下，干燥至恒重，得二次处理碳纳米管；
（3）将二次处理碳纳米管置于炭化炉中，并以100～120mL/min速率香炉内充入氩气，并以12～15℃/min升温速率升温至1100～1200℃，于温度为1100～1200℃条件下，炭化2～3h后，随炉降至室温，即得改性碳纳米管；
（4）将甘蔗渣置于汽爆罐中，于汽爆压力为2.5～3.5MPa，温度为160～180℃条件下，保压时间为60～90s，打开出料阀瞬间泄压，过160目的筛，得预处理甘蔗渣，按重量份数计，将30～50份预处理甘蔗渣，2～3份二沉池污泥，0.1～0.2份蔗糖，60～80份水置于1号发酵釜中，于温度为30～35℃条件下，混合发酵3～5天，接着向1号发酵釜中加入预处理甘蔗渣质量0.2～0.3倍质量分数为10～20%的硝酸铁溶液，接着向1号发酵釜中加入氢氧化钠溶液调节pH至7.7～7.9，于转速为300～500r/min条件下，搅拌混合40～60min，得混合发酵液，接着将混合发酵液置于冰箱中，于温度为-1～-10℃条件下，冷冻8～10h后，取出，得冷冻料，接着将冷冻料置于室温条件下至完全融化，如此冻融循环5～8次，得循环处理液，再将循环处理液过滤，得滤饼，接着将滤饼置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下，干燥至恒重，得干燥滤饼，随后将干燥滤饼置于炭化炉中，并以60～90mL/min速率向炉内充入氮气，于温度为1100～1200℃条件下，炭化2～3h后，随炉降至室温，得炭化料，将炭化料置于反应釜中，并以100～120mL/min向反应釜中充入高温高压水蒸汽，于温度为280～340℃，压力为1.6～2.1MPa条件下，处理6～8h后，得预处理料，接着将预处理料与低熔点合金按质量比1：5～1：10置于球磨机中，于温度为140～160℃条件下，加热搅拌球磨40～60min，即得改性甘蔗渣；
（5）按重量份数计，将80～100份环氧树脂，20～30份改性碳纳米管，10～20份改性甘蔗渣，10～20份固化剂，10～20份线性树脂，10～20份增粘树脂，2～3份异氰酸酯，2～3份硬脂酸钠，2～3份胶粉置于混料机中，于转速为1100～1200r/min条件下，搅拌混合40～60min，得混合浆料，接着将混合浆料注入成型机中，于温度为140～160℃，压力为1.8～2.2MPa条件下，热压成型，即得碳纳米复合物。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明在制备过程中，首先，由于碳纳米管表面含有活性基团，使得枯草芽孢杆菌能够附着在碳纳米管表面，接着滴加硝酸铁溶液，由于枯草芽孢杆菌细胞壁表面带负电荷，能够吸引并富集体系中的铁离子，接着通过滴加氢氧化钠溶液调节pH，使得富集在碳纳米管表面的铁离子沉淀，接着经过液氮冷冻，使得碳纳米管表面的沉淀固定在起表面，接着经过球磨，由于碳纳米管表面分布固定有纳米级的氢氧化铁沉淀，氢氧化铁沉淀可作为内部的球磨颗粒，从而使得碳纳米管能够分散成更小一级的碳材料，进一步细化后的碳纳米管与基体树脂间拥有更大的接触面积，使得改性碳纳米管与基体树脂间的界面结合强度得到提升，从而使得体系的力学性能得到进一步的提升，随后，经过炭化，使得体系中的氢氧化铁沉淀失水，生成氧化铁，同时产生焦油，随着体系逐渐上升，体系中的单质碳能够与氧化铁反应，使得氧化铁还原成单质铁，在热压成型过程中，体系中的焦油受热渗出，生成的焦油能够改善改性碳纳米管与基体树脂间的界面结合性能，从而使得体系的力学性能得到进一步提升，同时，焦油身处过程中，能够携带体系中的单质铁渗透至改性碳纳米管与基体树脂间的界面结合处，由于单质铁的填充，使得改性碳纳米管与间的界面电阻和界面热阻同时得到降低，从而使得体系的导热性能和导电性能得到进一步的提升；
（2）本发明通过添加改性甘蔗渣和改性碳纳米管，在改性甘蔗渣的制备过程中，在发酵过程中，利用微生物产生的酶，分解甘蔗渣中的有机质，使得甘蔗渣的渗透性能得到提升，有利于后期水分和硝酸铁能够更好的进入到甘蔗渣纤维中，随后通过添加氢氧化钠溶液调节pH，使得渗透进纤维中的铁离子沉淀，接着经过冻融循环，经过冷冻，纤维中的水分结冰，体积增大，从而使得纤维中的空隙得到进一步扩展，随后经过炭化，使得体系中的氢氧化铁沉淀失水，生成氧化铁，随着体系逐渐上升，体系中的单质碳能够与氧化铁反应，使得氧化铁还原成单质铁，在高温条件下，单质铁与水蒸汽反应，生成的具有磁性的四氧化三铁，接着经过将预处理料与低熔点合金加热球磨，使得低熔点合金能够渗透到预处理料中，在热压条件下，低熔点合金受热融化，并从改性甘蔗渣中渗出，低熔点合金分散到改性碳纳米管周围，使得改姓碳纳米管与基体树脂间的界面电阻降低，使得体系的导电性能得到进一步的提升，同时，低熔点合金渗透过程中，携带四氧化三铁扩散至改性碳纳米管附近，由于四氧化三铁具有磁性能够吸引单质铁，从而使得体系中的改性碳纳米管能够连接，并在体系中形成改性碳纳米管导热网络，从而使得体系的导热性能得到进一步的提升。
具体实施方式
将甘蔗渣置于汽爆罐中，于汽爆压力为2.5～3.5MPa，温度为160～180℃条件下，保压时间为60～90s，打开出料阀瞬间泄压，过160目的筛，得预处理甘蔗渣，按重量份数计，将30～50份预处理甘蔗渣，2～3份二沉池污泥，0.1～0.2份蔗糖，60～80份水置于1号发酵釜中，于温度为30～35℃条件下，混合发酵3～5天，接着向1号发酵釜中加入预处理甘蔗渣质量0.2～0.3倍质量分数为10～20%的硝酸铁溶液，接着向1号发酵釜中加入氢氧化钠溶液调节pH至7.7～7.9，于转速为300～500r/min条件下，搅拌混合40～60min，得混合发酵液，接着将混合发酵液置于冰箱中，于温度为-1～-10℃条件下，冷冻8～10h后，取出，得冷冻料，接着将冷冻料置于室温条件下至完全融化，如此冻融循环5～8次，得循环处理液，再将循环处理液过滤，得滤饼，接着将滤饼置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下，干燥至恒重，得干燥滤饼，随后将干燥滤饼置于炭化炉中，并以60～90mL/min速率向炉内充入氮气，于温度为1100～1200℃条件下，炭化2～3h后，随炉降至室温，得炭化料，将炭化料置于反应釜中，并以100～120mL/min向反应釜中充入高温高压水蒸汽，于温度为280～340℃，压力为1.6～2.1MPa条件下，处理6～8h后，得预处理料，接着将预处理料与低熔点合金按质量比1：5～1：10置于球磨机中，于温度为140～160℃条件下，加热搅拌球磨40～60min，即得改性甘蔗渣；按重量份数计，将1～2份枯草芽孢杆菌，0.1～0.2份牛奶磷脂，0.1～0.2份聚乙二醇，10～20份去离子水置于烧杯中，随后将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为30～35℃，转速为200～300r/min条件下，搅拌混合40～60min，即得枯草芽孢杆菌菌液；按重量份数计，将20～30份碳纳米管，3～5份枯草芽孢杆菌菌液，2～3份质量分数为0.3～0.5%的葡萄糖溶液，30～50份水置于2号发酵釜中，于温度为30～35℃条件下，混合发酵3～5天，接着向2号发酵釜中加入碳纳米管质量0.2～0.3倍质量分数为10～20%的硝酸铁溶液，随后向2号发酵釜中滴加氢氧化钠溶液调节pH至8.1～8.3，于转速为300～500r/min条件下，搅拌混合40～60min后，过滤，得1号滤渣，接着将1号滤渣置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下，干燥至恒重，得一次处理碳纳米管；将一次处理碳纳米管置于液氮中冷冻，得冷冻块，接着将冷冻块置于球磨机中球磨40～60min，过450目的筛，得球磨料，接着将球磨料置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下，干燥至恒重，得二次处理碳纳米管；将二次处理碳纳米管置于炭化炉中，并以100～120mL/min速率香炉内充入氩气，并以12～15℃/min升温速率升温至1100～1200℃，于温度为1100～1200℃条件下，炭化2～3h后，随炉降至室温，即得改性碳纳米管；按重量份数计，将80～100份环氧树脂，20～30份改性碳纳米管，10～20份改性甘蔗渣，10～20份固化剂，10～20份线性树脂，10～20份增粘树脂，2～3份异氰酸酯，2～3份硬脂酸钠，2～3份胶粉置于混料机中，于转速为1100～1200r/min条件下，搅拌混合40～60min，得混合浆料，接着将混合浆料注入成型机中，于温度为140～160℃，压力为1.8～2.2MPa条件下，热压成型，即得碳纳米复合物。所述环氧树脂为双酚A型液体环氧树脂或双酚F型液体环氧树脂中任意一种。所述固化剂为二己基三胺，二乙氨基丙胺或三乙烯四胺中的任意一种。所述线性树脂为聚甲基丙烯酸甲酯，聚酰胺，聚醚醚酮或聚醚酰亚胺中的任意一种。所述增粘树脂为松香或萜烯树脂中任意一种。所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯，二苯基甲烷二异氰酸酯或三甲基己烷二异氰酸酯中的任意一种。所述胶粉为桃胶粉，明胶粉或骨胶粉中的任意一种。所述低熔点合金为铋锡合金，铋锡合金中各组分质量含量为：铋占51%（ω），锡占30%（ω），铅占8%（ω），铟占11%（ω）。
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
实例1
将甘蔗渣置于汽爆罐中，于汽爆压力为3.5MPa，温度为180℃条件下，保压时间为90s，打开出料阀瞬间泄压，过160目的筛，得预处理甘蔗渣，按重量份数计，将50份预处理甘蔗渣，3份二沉池污泥，0.2份蔗糖，80份水置于1号发酵釜中，于温度为35℃条件下，混合发酵5天，接着向1号发酵釜中加入预处理甘蔗渣质量0.3倍质量分数为10～20%的硝酸铁溶液，接着向1号发酵釜中加入氢氧化钠溶液调节pH至7.9，于转速为500r/min条件下，搅拌混合60min，得混合发酵液，接着将混合发酵液置于冰箱中，于温度为-10℃条件下，冷冻10h后，取出，得冷冻料，接着将冷冻料置于室温条件下至完全融化，如此冻融循环8次，得循环处理液，再将循环处理液过滤，得滤饼，接着将滤饼置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得干燥滤饼，随后将干燥滤饼置于炭化炉中，并以60～90mL/min速率向炉内充入氮气，于温度为1200℃条件下，炭化3h后，随炉降至室温，得炭化料，将炭化料置于反应釜中，并以120mL/min向反应釜中充入高温高压水蒸汽，于温度为340℃，压力为2.1MPa条件下，处理8h后，得预处理料，接着将预处理料与低熔点合金按质量比1：10置于球磨机中，于温度为160℃条件下，加热搅拌球磨60min，即得改性甘蔗渣；按重量份数计，将2份枯草芽孢杆菌，0.2份牛奶磷脂，0.2份聚乙二醇，20份去离子水置于烧杯中，随后将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为35℃，转速为300r/min条件下，搅拌混合60min，即得枯草芽孢杆菌菌液；按重量份数计，将30份碳纳米管，5份枯草芽孢杆菌菌液，3份质量分数为0.5%的葡萄糖溶液，50份水置于2号发酵釜中，于温度为35℃条件下，混合发酵5天，接着向2号发酵釜中加入碳纳米管质量0.3倍质量分数为20%的硝酸铁溶液，随后向2号发酵釜中滴加氢氧化钠溶液调节pH至8.3，于转速为500r/min条件下，搅拌混合60min后，过滤，得1号滤渣，接着将1号滤渣置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得一次处理碳纳米管；将一次处理碳纳米管置于液氮中冷冻，得冷冻块，接着将冷冻块置于球磨机中球磨60min，过450目的筛，得球磨料，接着将球磨料置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得二次处理碳纳米管；将二次处理碳纳米管置于炭化炉中，并以120mL/min速率香炉内充入氩气，并以15℃/min升温速率升温至1200℃，于温度为1200℃条件下，炭化3h后，随炉降至室温，即得改性碳纳米管；按重量份数计，将100份环氧树脂，30份改性碳纳米管，20份改性甘蔗渣，20份固化剂，20份线性树脂，20份增粘树脂，3份异氰酸酯，3份硬脂酸钠，3份胶粉置于混料机中，于转速为1200r/min条件下，搅拌混合60min，得混合浆料，接着将混合浆料注入成型机中，于温度为160℃，压力为2.2MPa条件下，热压成型，即得碳纳米复合物。所述环氧树脂为双酚A型液体环氧树脂。所述固化剂为二己基三胺。所述线性树脂为聚甲基丙烯酸甲酯。所述增粘树脂为松香。所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯。所述胶粉为桃胶粉。所述低熔点合金为铋锡合金，铋锡合金中各组分质量含量为：铋占51%（ω），锡占30%（ω），铅占8%（ω），铟占11%（ω）。
实例2
按重量份数计，将2份枯草芽孢杆菌，0.2份牛奶磷脂，0.2份聚乙二醇，20份去离子水置于烧杯中，随后将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为35℃，转速为300r/min条件下，搅拌混合60min，即得枯草芽孢杆菌菌液；按重量份数计，将30份碳纳米管，5份枯草芽孢杆菌菌液，3份质量分数为0.5%的葡萄糖溶液，50份水置于2号发酵釜中，于温度为35℃条件下，混合发酵5天，接着向2号发酵釜中加入碳纳米管质量0.3倍质量分数为20%的硝酸铁溶液，随后向2号发酵釜中滴加氢氧化钠溶液调节pH至8.3，于转速为500r/min条件下，搅拌混合60min后，过滤，得1号滤渣，接着将1号滤渣置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得一次处理碳纳米管；将一次处理碳纳米管置于液氮中冷冻，得冷冻块，接着将冷冻块置于球磨机中球磨60min，过450目的筛，得球磨料，接着将球磨料置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得二次处理碳纳米管；将二次处理碳纳米管置于炭化炉中，并以120mL/min速率香炉内充入氩气，并以15℃/min升温速率升温至1200℃，于温度为1200℃条件下，炭化3h后，随炉降至室温，即得改性碳纳米管；按重量份数计，将100份环氧树脂，30份改性碳纳米管，20份固化剂，20份线性树脂，20份增粘树脂，3份异氰酸酯，3份硬脂酸钠，3份胶粉置于混料机中，于转速为1200r/min条件下，搅拌混合60min，得混合浆料，接着将混合浆料注入成型机中，于温度为160℃，压力为2.2MPa条件下，热压成型，即得碳纳米复合物。所述环氧树脂为双酚A型液体环氧树脂。所述固化剂为二己基三胺。所述线性树脂为聚甲基丙烯酸甲酯。所述增粘树脂为松香。所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯。所述胶粉为桃胶粉。
实例3
将甘蔗渣置于汽爆罐中，于汽爆压力为3.5MPa，温度为180℃条件下，保压时间为90s，打开出料阀瞬间泄压，过160目的筛，得预处理甘蔗渣，按重量份数计，将50份预处理甘蔗渣，3份二沉池污泥，0.2份蔗糖，80份水置于1号发酵釜中，于温度为35℃条件下，混合发酵5天，接着向1号发酵釜中加入预处理甘蔗渣质量0.3倍质量分数为10～20%的硝酸铁溶液，接着向1号发酵釜中加入氢氧化钠溶液调节pH至7.9，于转速为500r/min条件下，搅拌混合60min，得混合发酵液，接着将混合发酵液置于冰箱中，于温度为-10℃条件下，冷冻10h后，取出，得冷冻料，接着将冷冻料置于室温条件下至完全融化，如此冻融循环8次，得循环处理液，再将循环处理液过滤，得滤饼，接着将滤饼置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得干燥滤饼，随后将干燥滤饼置于炭化炉中，并以60～90mL/min速率向炉内充入氮气，于温度为1200℃条件下，炭化3h后，随炉降至室温，得炭化料，将炭化料置于反应釜中，并以120mL/min向反应釜中充入高温高压水蒸汽，于温度为340℃，压力为2.1MPa条件下，处理8h后，得预处理料，接着将预处理料与低熔点合金按质量比1：10置于球磨机中，于温度为160℃条件下，加热搅拌球磨60min，即得改性甘蔗渣；按重量份数计，将100份环氧树脂，30份碳纳米管，20份改性甘蔗渣，20份固化剂，20份线性树脂，20份增粘树脂，3份异氰酸酯，3份硬脂酸钠，3份胶粉置于混料机中，于转速为1200r/min条件下，搅拌混合60min，得混合浆料，接着将混合浆料注入成型机中，于温度为160℃，压力为2.2MPa条件下，热压成型，即得碳纳米复合物。所述环氧树脂为双酚A型液体环氧树脂。所述固化剂为二己基三胺。所述线性树脂为聚甲基丙烯酸甲酯。所述增粘树脂为松香。所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯。所述胶粉为桃胶粉。所述低熔点合金为铋锡合金，铋锡合金中各组分质量含量为：铋占51%（ω），锡占30%（ω），铅占8%（ω），铟占11%（ω）。
实例4
将甘蔗渣置于汽爆罐中，于汽爆压力为3.5MPa，温度为180℃条件下，保压时间为90s，打开出料阀瞬间泄压，过160目的筛，得预处理甘蔗渣，按重量份数计，将50份预处理甘蔗渣，3份二沉池污泥，0.2份蔗糖，80份水置于1号发酵釜中，于温度为35℃条件下，混合发酵5天，接着向1号发酵釜中加入预处理甘蔗渣质量0.3倍质量分数为10～20%的硝酸铁溶液，接着向1号发酵釜中加入氢氧化钠溶液调节pH至7.9，于转速为500r/min条件下，搅拌混合60min，得混合发酵液，接着将混合发酵液置于冰箱中，于温度为-10℃条件下，冷冻10h后，取出，得冷冻料，接着将冷冻料置于室温条件下至完全融化，如此冻融循环8次，得循环处理液，再将循环处理液过滤，得滤饼，接着将滤饼置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得干燥滤饼，随后将干燥滤饼置于炭化炉中，并以60～90mL/min速率向炉内充入氮气，于温度为1200℃条件下，炭化3h后，随炉降至室温，得炭化料，将炭化料置于反应釜中，并以120mL/min向反应釜中充入高温高压水蒸汽，于温度为340℃，压力为2.1MPa条件下，处理8h后，得预处理料，接着将预处理料与低熔点合金按质量比1：10置于球磨机中，于温度为160℃条件下，加热搅拌球磨60min，即得改性甘蔗渣；按重量份数计，将2份枯草芽孢杆菌，0.2份牛奶磷脂，0.2份聚乙二醇，20份去离子水置于烧杯中，随后将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为35℃，转速为300r/min条件下，搅拌混合60min，即得枯草芽孢杆菌菌液；按重量份数计，将30份碳纳米管，5份枯草芽孢杆菌菌液，3份质量分数为0.5%的葡萄糖溶液，50份水置于2号发酵釜中，于温度为35℃条件下，混合发酵5天，接着向2号发酵釜中加入碳纳米管质量0.3倍质量分数为20%的硝酸铁溶液，随后向2号发酵釜中滴加氢氧化钠溶液调节pH至8.3，于转速为500r/min条件下，搅拌混合60min后，过滤，得1号滤渣，接着将1号滤渣置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得一次处理碳纳米管；将一次处理碳纳米管置于液氮中冷冻，得冷冻块，接着将冷冻块置于球磨机中球磨60min，过450目的筛，得球磨料，接着将球磨料置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得二次处理碳纳米管；将二次处理碳纳米管置于炭化炉中，并以120mL/min速率香炉内充入氩气，并以15℃/min升温速率升温至1200℃，于温度为1200℃条件下，炭化3h后，随炉降至室温，即得改性碳纳米管；按重量份数计，将100份环氧树脂，30份改性碳纳米管，20份改性甘蔗渣，20份固化剂，20份增粘树脂，3份异氰酸酯，3份硬脂酸钠，3份胶粉置于混料机中，于转速为1200r/min条件下，搅拌混合60min，得混合浆料，接着将混合浆料注入成型机中，于温度为160℃，压力为2.2MPa条件下，热压成型，即得碳纳米复合物。所述环氧树脂为双酚A型液体环氧树脂。所述固化剂为二己基三胺。所述增粘树脂为松香。所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯。所述胶粉为桃胶粉。所述低熔点合金为铋锡合金，铋锡合金中各组分质量含量为：铋占51%（ω），锡占30%（ω），铅占8%（ω），铟占11%（ω）。
实例5
将甘蔗渣置于汽爆罐中，于汽爆压力为3.5MPa，温度为180℃条件下，保压时间为90s，打开出料阀瞬间泄压，过160目的筛，得预处理甘蔗渣，按重量份数计，将50份预处理甘蔗渣，3份二沉池污泥，0.2份蔗糖，80份水置于1号发酵釜中，于温度为35℃条件下，混合发酵5天，接着向1号发酵釜中加入预处理甘蔗渣质量0.3倍质量分数为10～20%的硝酸铁溶液，接着向1号发酵釜中加入氢氧化钠溶液调节pH至7.9，于转速为500r/min条件下，搅拌混合60min，得混合发酵液，接着将混合发酵液置于冰箱中，于温度为-10℃条件下，冷冻10h后，取出，得冷冻料，接着将冷冻料置于室温条件下至完全融化，如此冻融循环8次，得循环处理液，再将循环处理液过滤，得滤饼，接着将滤饼置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得干燥滤饼，随后将干燥滤饼置于炭化炉中，并以60～90mL/min速率向炉内充入氮气，于温度为1200℃条件下，炭化3h后，随炉降至室温，得炭化料，将炭化料置于反应釜中，并以120mL/min向反应釜中充入高温高压水蒸汽，于温度为340℃，压力为2.1MPa条件下，处理8h后，得预处理料，接着将预处理料与低熔点合金按质量比1：10置于球磨机中，于温度为160℃条件下，加热搅拌球磨60min，即得改性甘蔗渣；按重量份数计，将2份枯草芽孢杆菌，0.2份牛奶磷脂，0.2份聚乙二醇，20份去离子水置于烧杯中，随后将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为35℃，转速为300r/min条件下，搅拌混合60min，即得枯草芽孢杆菌菌液；按重量份数计，将30份碳纳米管，5份枯草芽孢杆菌菌液，3份质量分数为0.5%的葡萄糖溶液，50份水置于2号发酵釜中，于温度为35℃条件下，混合发酵5天，接着向2号发酵釜中加入碳纳米管质量0.3倍质量分数为20%的硝酸铁溶液，随后向2号发酵釜中滴加氢氧化钠溶液调节pH至8.3，于转速为500r/min条件下，搅拌混合60min后，过滤，得1号滤渣，接着将1号滤渣置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得一次处理碳纳米管；将一次处理碳纳米管置于液氮中冷冻，得冷冻块，接着将冷冻块置于球磨机中球磨60min，过450目的筛，得球磨料，接着将球磨料置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得二次处理碳纳米管；将二次处理碳纳米管置于炭化炉中，并以120mL/min速率香炉内充入氩气，并以15℃/min升温速率升温至1200℃，于温度为1200℃条件下，炭化3h后，随炉降至室温，即得改性碳纳米管；按重量份数计，将100份环氧树脂，30份改性碳纳米管，20份改性甘蔗渣，20份固化剂，20份线性树脂，20份增粘树脂，3份硬脂酸钠，3份胶粉置于混料机中，于转速为1200r/min条件下，搅拌混合60min，得混合浆料，接着将混合浆料注入成型机中，于温度为160℃，压力为2.2MPa条件下，热压成型，即得碳纳米复合物。所述环氧树脂为双酚A型液体环氧树脂。所述固化剂为二己基三胺。所述线性树脂为聚甲基丙烯酸甲酯。所述增粘树脂为松香。所述胶粉为桃胶粉。所述低熔点合金为铋锡合金，铋锡合金中各组分质量含量为：铋占51%（ω），锡占30%（ω），铅占8%（ω），铟占11%（ω）。
实例6
将甘蔗渣置于汽爆罐中，于汽爆压力为3.5MPa，温度为180℃条件下，保压时间为90s，打开出料阀瞬间泄压，过160目的筛，得预处理甘蔗渣，按重量份数计，将50份预处理甘蔗渣，3份二沉池污泥，0.2份蔗糖，80份水置于1号发酵釜中，于温度为35℃条件下，混合发酵5天，接着向1号发酵釜中加入预处理甘蔗渣质量0.3倍质量分数为10～20%的硝酸铁溶液，接着向1号发酵釜中加入氢氧化钠溶液调节pH至7.9，于转速为500r/min条件下，搅拌混合60min，得混合发酵液，接着将混合发酵液置于冰箱中，于温度为-10℃条件下，冷冻10h后，取出，得冷冻料，接着将冷冻料置于室温条件下至完全融化，如此冻融循环8次，得循环处理液，再将循环处理液过滤，得滤饼，接着将滤饼置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得干燥滤饼，随后将干燥滤饼置于炭化炉中，并以60～90mL/min速率向炉内充入氮气，于温度为1200℃条件下，炭化3h后，随炉降至室温，得炭化料，将炭化料置于反应釜中，并以120mL/min向反应釜中充入高温高压水蒸汽，于温度为340℃，压力为2.1MPa条件下，处理8h后，得预处理料，接着将预处理料与低熔点合金按质量比1：10置于球磨机中，于温度为160℃条件下，加热搅拌球磨60min，即得改性甘蔗渣；按重量份数计，将2份枯草芽孢杆菌，0.2份牛奶磷脂，0.2份聚乙二醇，20份去离子水置于烧杯中，随后将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为35℃，转速为300r/min条件下，搅拌混合60min，即得枯草芽孢杆菌菌液；按重量份数计，将30份碳纳米管，5份枯草芽孢杆菌菌液，3份质量分数为0.5%的葡萄糖溶液，50份水置于2号发酵釜中，于温度为35℃条件下，混合发酵5天，接着向2号发酵釜中加入碳纳米管质量0.3倍质量分数为20%的硝酸铁溶液，随后向2号发酵釜中滴加氢氧化钠溶液调节pH至8.3，于转速为500r/min条件下，搅拌混合60min后，过滤，得1号滤渣，接着将1号滤渣置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得一次处理碳纳米管；将一次处理碳纳米管置于液氮中冷冻，得冷冻块，接着将冷冻块置于球磨机中球磨60min，过450目的筛，得球磨料，接着将球磨料置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得二次处理碳纳米管；将二次处理碳纳米管置于炭化炉中，并以120mL/min速率香炉内充入氩气，并以15℃/min升温速率升温至1200℃，于温度为1200℃条件下，炭化3h后，随炉降至室温，即得改性碳纳米管；按重量份数计，将100份环氧树脂，30份改性碳纳米管，20份改性甘蔗渣，20份固化剂，20份线性树脂，20份增粘树脂，3份异氰酸酯，3份硬脂酸钠置于混料机中，于转速为1200r/min条件下，搅拌混合60min，得混合浆料，接着将混合浆料注入成型机中，于温度为160℃，压力为2.2MPa条件下，热压成型，即得碳纳米复合物。所述环氧树脂为双酚A型液体环氧树脂。所述固化剂为二己基三胺。所述线性树脂为聚甲基丙烯酸甲酯。所述增粘树脂为松香。所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯。所述低熔点合金为铋锡合金，铋锡合金中各组分质量含量为：铋占51%（ω），锡占30%（ω），铅占8%（ω），铟占11%（ω）。
对比例
按重量份数计，将100份环氧树脂，30份碳纳米管，20份固化剂，20份增粘树脂，3份硬脂酸钠置于混料机中，于转速为1200r/min条件下，搅拌混合60min，得混合浆料，接着将混合浆料注入成型机中，于温度为160℃，压力为2.2MPa条件下，热压成型，即得碳纳米复合物。所述环氧树脂为双酚A型液体环氧树脂。所述固化剂为二己基三胺。所述增粘树脂为松香。
将实例1至实例6所得的碳纳米复合物及对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：
1.导电性能：按照GB/T26004检测碳纳米复合物的电阻率；
2.导热性能：按ASTMD5470测试试件的导热系数
3.力学性能：.采用UTM400型电子万能试验机对试件的弯曲性能进行测试，试样的尺寸厚4.0±0.2mm，宽15.0±0.2mm，长80.0±1mm。采用UTM400型电子万能试验机对试件的拉伸性能进行测试，试样为哑铃型，厚4.0±0.2mm，测试部分宽10.0±0.2mm，长60.0±1mm，试样总长≥200.0mm。采用XJJ-5型冲击试验机对试件进行冲击性能测试，试样尺寸厚为4.0±0.5mm，宽为10.0±0.5mm，长为80±1.0mm。
具体检测结果如表1所示：
表1：性能检测表
由表1检测结果可知，通过实例1，实例2与对比例对比，本发明通过添加改性甘蔗渣，在热压条件下，改性甘蔗渣中的低熔点合金融化渗出，并分散在改性碳纳米管周围，使得改姓碳纳米管与基体树脂间的界面电阻降低，使得体系的导电性能得到进一步的提升，而且，低熔点合金流动过程中能够携带体系中的部分磁性四氧化三铁渗出，并吸引改性碳纳米管中的单质铁，使得改性碳纳米管导热网络，从而使得体系的导热性能得到进一步的提升；
由表1检测结果可知，通过实例1，实例3与对比例对比，本发明在制备过程中，利用细菌表面待负电荷，使得铁离子富集并沉积在碳纳米管表面，接着利用液氮冷冻粉碎，使得碳纳米管进一步分裂细化，碳纳米管与基体树脂间拥有更大的接触面积，使得改性碳纳米管与基体树脂间的界面结合强度得到提升，从而使得体系的力学性能得到进一步的提升，接着高温炭化过程中，使得体系中的氧化铁还原成单质铁，并产生焦油，利用焦油渗出，改善改性碳纳米管与基体树脂间的界面结合强度，同时，焦油能够携带体系中的纳米铁粉渗透至改性碳纳米管与基体树脂间，有效降低界面电阻，使得体系的导电性能得到进一步提升，所以本发明提供的碳纳米复合物具有优异的导电，导热和力学性能，在高分子材料领域具有广泛的应用。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (7)
1.一种高导电导热碳纳米复合物，其特征在于：包括以下重量份数的原料组成：80～100份环氧树脂，20～30份碳纳米管，10～20份固化剂，10～20份增粘树脂，2～3份硬脂酸钠，2～3份胶粉。
2.根据权利要求1所述的一种高导电导热碳纳米复合物，其特征在于：所述碳纳米复合物还包括以下重量份数的原料：10～20份甘蔗渣，10～20份线性树脂，2～3份异氰酸酯。
3.根据权利要求2所述的一种高导电导热碳纳米复合物，其特征在于：所述环氧树脂为双酚A型液体环氧树脂或双酚F型液体环氧树脂中任意一种；所述固化剂为二己基三胺，二乙氨基丙胺或三乙烯四胺中的任意一种；所述增粘树脂为松香或萜烯树脂中的任意一种；所述胶粉为桃胶粉，明胶粉或骨胶粉中的任意一种；
所述线性树脂为聚甲基丙烯酸甲酯，聚酰胺，聚醚醚酮或聚醚酰亚胺中的任意一种；
所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯，二苯基甲烷二异氰酸酯或三甲基己烷二异氰酸酯中的任意一种。
4.根据权利要求3所述的一种高导电导热碳纳米复合物，其特征在于：所述碳纳米复合物包括以下重量份数的原料组成：100份环氧树脂，30份碳纳米管，20份固化剂，20份增粘树脂，3份硬脂酸钠，3份胶粉，20份甘蔗渣，20份线性树脂，3份异氰酸酯。
5.一种高导电导热碳纳米复合物的制备方法，其特征在于：具体制备方法为：
发酵；
将步骤（1）所得物，冷冻，球磨；
将步骤（2）所得物炭化；
将甘蔗渣汽爆，发酵，水蒸汽处理，球磨；
混料，成型。
6.根据权利要求5所述一种高导电导热碳纳米复合物的制备方法，其特征在于：所述碳纳米复合物的具体制备步骤如下：
（1）将碳纳米管，枯草芽孢杆菌菌液，葡萄糖溶液，水混合发酵，接着加入硝酸铁溶液，随后滴加氢氧化钠溶液调节pH，搅拌混合，过滤，干燥，得一次处理碳纳米管；
（2）将一次处理碳纳米管置于液氮中冷冻，球磨，过筛，干燥，得二次处理碳纳米管；
（3）将二次处理碳纳米管炭化，即得改性碳纳米管；
（4）将甘蔗渣汽爆，过筛，得预处理甘蔗渣，将预处理甘蔗渣，二沉池污泥，蔗糖，水混合发酵，接着加入硝酸铁溶液，接着加入氢氧化钠溶液调节pH，搅拌混合，冻融循环，过滤，干燥，炭化，得炭化料，将炭化料用高温高压水蒸汽反应，得预处理料，接着将预处理料与低熔点合金加热搅拌球磨，即得改性甘蔗渣；
（5）将环氧树脂，改性碳纳米管，改性甘蔗渣，固化剂，线性树脂，增粘树脂，异氰酸酯，硬脂酸钠，胶粉混合，热压成型，即得碳纳米复合物。
7.根据权利要求6所述一种高导电导热碳纳米复合物的制备方法，其特征在于：所述碳纳米复合物的具体制备过程为：
按重量份数计，将20～30份碳纳米管，3～5份枯草芽孢杆菌菌液，2～3份质量分数为0.3～0.5%的葡萄糖溶液，30～50份水置于2号发酵釜中，于温度为30～35℃条件下，混合发酵3～5天，接着向2号发酵釜中加入碳纳米管质量0.2～0.3倍质量分数为10～20%的硝酸铁溶液，随后向2号发酵釜中滴加氢氧化钠溶液调节pH至8.1～8.3，于转速为300～500r/min条件下，搅拌混合40～60min后，过滤，得1号滤渣，接着将1号滤渣置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下，干燥至恒重，得一次处理碳纳米管；
将一次处理碳纳米管置于液氮中冷冻，得冷冻块，接着将冷冻块置于球磨机中球磨40～60min，过450目的筛，得球磨料，接着将球磨料置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下，干燥至恒重，得二次处理碳纳米管；
将二次处理碳纳米管置于炭化炉中，并以100～120mL/min速率香炉内充入氩气，并以12～15℃/min升温速率升温至1100～1200℃，于温度为1100～1200℃条件下，炭化2～3h后，随炉降至室温，即得改性碳纳米管；
将甘蔗渣置于汽爆罐中，于汽爆压力为2.5～3.5MPa，温度为160～180℃条件下，保压时间为60～90s，打开出料阀瞬间泄压，过160目的筛，得预处理甘蔗渣，按重量份数计，将30～50份预处理甘蔗渣，2～3份二沉池污泥，0.1～0.2份蔗糖，60～80份水置于1号发酵釜中，于温度为30～35℃条件下，混合发酵3～5天，接着向1号发酵釜中加入预处理甘蔗渣质量0.2～0.3倍质量分数为10～20%的硝酸铁溶液，接着向1号发酵釜中加入氢氧化钠溶液调节pH至7.7～7.9，于转速为300～500r/min条件下，搅拌混合40～60min，得混合发酵液，接着将混合发酵液置于冰箱中，于温度为-1～-10℃条件下，冷冻8～10h后，取出，得冷冻料，接着将冷冻料置于室温条件下至完全融化，如此冻融循环5～8次，得循环处理液，再将循环处理液过滤，得滤饼，接着将滤饼置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下，干燥至恒重，得干燥滤饼，随后将干燥滤饼置于炭化炉中，并以60～90mL/min速率向炉内充入氮气，于温度为1100～1200℃条件下，炭化2～3h后，随炉降至室温，得炭化料，将炭化料置于反应釜中，并以100～120mL/min向反应釜中充入高温高压水蒸汽，于温度为280～340℃，压力为1.6～2.1MPa条件下，处理6～8h后，得预处理料，接着将预处理料与低熔点合金按质量比1：5～1：10置于球磨机中，于温度为140～160℃条件下，加热搅拌球磨40～60min，即得改性甘蔗渣；
按重量份数计，将80～100份环氧树脂，20～30份改性碳纳米管，10～20份改性甘蔗渣，10～20份固化剂，10～20份线性树脂，10～20份增粘树脂，2～3份异氰酸酯，2～3份硬脂酸钠，2～3份胶粉置于混料机中，于转速为1100～1200r/min条件下，搅拌混合40～60min，得混合浆料，接着将混合浆料注入成型机中，于温度为140～160℃，压力为1.8～2.2MPa条件下，热压成型，即得碳纳米复合物。
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