CN110229518A - 一种多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料及其制备方法，包括步骤1，将多巴胺改性六方氮化硼分散液和对位芳纶纳米纤维分散液混合后超声，得到混合体系A，其中多巴胺改性六方氮化硼的质量为多巴胺改性六方氮化硼和对位芳纶纳米纤维总质量的10％～40％；步骤2，将混合体系A依次真空辅助过滤和热压干燥，得到多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料；保证了复合材料形成一定的微观结构，从而提升了复合材料的绝缘性能，提升多巴胺改性六方氮化硼与对位芳纶纳米纤维界面的结合能力，在保证了热量良好的传导同时加强了两种材料间的应力传递，增强了复合材料的力学强度，得到了优异的绝缘性能和导热性能的复合材料。

Description

一种多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料及 其制备方法
技术领域
本发明属于电器绝缘和造纸技术的交叉领域，具体为一种多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料及其制备方法。
背景技术
随着电力设备的高压化、轻量化和集成化发展，电力设备对于绝缘材料的要求逐渐变得苛刻。因此研发一种具有优异的绝缘性能和导热性能的电器设备绝缘用的材料成为电器行业领域的热点和难点。
对位芳纶纤维基绝缘材料由于优良的耐压强度、机械强度和热稳定性广泛应用于发电机和变压器等电力设备当中。随着纳米技术的进步，对位芳纶纳米纤维简易成型技术逐步成熟，而这种经湿法成型制备的对位芳纶纳米纤维高性能绝缘复合材料，机械性能高、电绝缘性能高、阻燃性良好，是很有应用前景的高性能绝缘材料，美中不足的是其导热性能一般，致使在一些电力设备使用过程中无法快速将设备产生的热量散发出去，成为限制材料应用的瓶颈。六方氮化硼(简写h-BN)是一种先进的高导热材料，被称为“白色石墨”，主要应用于电子封装及绝缘材料领域。最新研究中，人们考虑将其与一些聚合物基材料进行复合，制备出拥有兼具良好导热性能和绝缘性能的柔性电气用绝缘复合材料。由于无机材料六方氮化硼表面呈现惰性，与聚合物基材料界面无良好的结合，热量传递不良，使得实际的热量传递过程中易发生散射，从而限定了其复合材料的导热性。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料及其制备方法，制备条件温和、易于操作，复合材料轻质、导热性能提升明显、绝缘性能优异，得到了高导热绝缘用复合材料。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤，
步骤1，将多巴胺改性六方氮化硼分散液和对位芳纶纳米纤维分散液混合后超声，得到混合体系A，其中多巴胺改性六方氮化硼的质量为多巴胺改性六方氮化硼和对位芳纶纳米纤维总质量的10％～40％；
步骤2，将混合体系A依次真空辅助过滤和热压干燥，得到多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料。
优选的，步骤2中所述真空辅助过滤的压力为0.5～0.8MPa。
优选的，步骤2中所述的热压干燥在90～150℃下进行15～30min。
优选的，步骤1中所述的超声时间为10～30min。
优选的，步骤1中所述的多巴胺改性六方氮化硼分散液按如下步骤制得，
步骤1a，将去离子水与有机溶剂按(2～4)：1的体积比混合得到混合溶液A，其中有机溶剂为无水乙醇或无水甲醇；
步骤1b，将三羟甲基氨基甲烷加入到混合溶液A中，得到缓冲溶液A，其中缓冲溶液A的pH为8.4～8.6；
步骤1c，将六方氮化硼加入到缓冲溶液A中后搅拌，得到混合体系B，其中六方氮化硼的质量与缓冲溶液A的体积之比为2g：(350～500ml)；
步骤1d，将多巴胺加入混合体系B得到混合体系C，其中多巴胺的质量与混合体系B的体积之比为0.8g：(350～500ml)。
步骤1e，将混合体系C在室温下搅拌6～8h，抽滤后用去离子水反复洗涤，直到杂质和有机溶剂去除，再加去离子水得到多巴胺改性六方氮化硼分散液。
进一步，步骤1a中将去离子水与有机溶剂混合后搅拌得到混合溶液A。
再进一步，步骤1b中三羟甲基氨基甲烷的质量与混合溶液A的体积之比为1.21g：(350～500ml)。
再进一步，步骤1c将六方氮化硼加入到缓冲溶液A中后在20～25℃下搅拌20～60min。
再进一步，步骤1d将多巴胺加入到混合体系B中后在20～25℃下搅拌6～8h得到混合体系C。
一种由上述任意一项所述的多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料的制备方法得到的多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料的制备方法，选用六方氮化硼和对位芳纶纳米纤维为原料，六方氮化硼为导热性能提升的主要材料，并利用多巴胺进行了界面改性，其中利用无水乙醇、无水甲醇与三羟甲基氨基甲烷混合成pH为8.4～8.6的缓冲溶液，多巴胺在该缓冲溶液中发生聚合反应粘附在六方氮化硼表面，从而达到改性惰性界面的目的，最后洗涤和分散得到多巴胺改性六方氮化硼分散液；当多巴胺改性六方氮化硼质量小于六方氮化硼和对位芳纶纳米纤维总质量的10％时，得到的复合材料导热系数提升不够明显，不能达到先进绝缘材料的导热需求，当多巴胺改性六方氮化硼质量大于六方氮化硼和对位芳纶纳米纤维总质量的40％时，得到的复合材料发脆，柔性下降，机械强度变差，无法满足应用的需要，因此多巴胺改性六方氮化硼的质量为六方多巴胺改性氮化硼和对位芳纶纳米纤维总质量的10-40％；将多巴胺改性六方氮化硼分散液和对位芳纶纳米纤维分散液混合后超声可得到均匀分布的混合体系，真空辅助过滤法保证了复合材料形成一定的微观结构，从而提升了复合材料的绝缘性能，热压干燥保证材料在不改变基本属性的条件下提升多巴胺改性六方氮化硼与对位芳纶纳米纤维界面的结合能力，这样在保证了热量良好的传导同时加强了两种材料间的应力传递，增强了复合材料的力学强度，得到了优异的绝缘性能和导热性能的复合材料，本发明也为其他有机无机复合材料的研究提供了参考。
本发明多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料，利用多巴胺特有的对无机材料的附着力，改善了六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维这种有机无机复合材料的界面结合，从而得到了优异的绝缘性能和导热性能的复合材料，也提升了六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维的导热性能、绝缘性能和机械性能。
附图说明
图1为本发明实施例1中未改性的六方氮化硼的实物图。
图2为本发明实施例1中未改性的六方氮化硼的SEM图。
图3为本发明实施例1得到的多巴胺改性六方氮化硼的实物图。
图4为本发明实施例1得到的多巴胺改性六方氮化硼的SEM图。
图5为本发明实施例1得到的多巴胺改性六方氮化硼的断面SEM图。
图6为本发明实施例1得到多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料在自然状态下的实物图。
图7为本发明实施例1得到多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料在弯折状态下的实物图。
图8为本发明实施例1～实施例4得到的不同多巴胺改性六方氮化硼含量的复合材料与纯的对位芳纶纳米纤维的导热系数图。
图9为本发明实施例1～实施例4得到的不同多巴胺改性六方氮化硼含量的复合材料与纯的对位芳纶纳米纤维的抗张强度图。
图10为对比例得到的不同纯的六方氮化硼和对位芳纶纳米纤维复合后的材料与纯的对位芳纶纳米纤维的导热系数图。
图11为对比例得到的不同纯的六方氮化硼和对位芳纶纳米纤维复合后的材料与纯的对位芳纶纳米纤维的抗张强度图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明针对六方氮化硼和对位芳纶纳米纤维在复合时界面结合存在应力传递不良和导热性能不佳的问题，提供了一种多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料及其制备方法。
本发明提出利用强粘合剂多巴胺改性导热填料六方氮化硼表面，从导热填料与基体对位芳纶纳米纤维的界面处着手，利用多巴胺特有的对无机材料的附着力，提出多巴胺对六方氮化硼的界面进行改性，用多巴胺的强粘附性来提升六方氮化硼和对位芳纶的界面结合，从而制备了一种经多巴胺改性的六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料，改善了六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维这种有机无机复合材料的界面结合，从而提升了六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维的导热性能和机械性能。
本发明主要包括以下步骤，
步骤1，将六方氮化硼粉末用多巴胺进行界面改性，得到表面具有良好附着力的多巴胺改性六方氮化硼；
步骤2，将多巴胺改性六方氮化硼和对位芳纶纳米纤维依次通过水相物理共混、真空辅助过滤和热压干燥进行复合，制备出多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料。
该方法具有制备条件温和、易于操作，复合材料绝缘性能优异、机械强度高的优点。
本发明一种多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤，
步骤1，将多巴胺改性六方氮化硼分散液和对位芳纶纳米纤维分散液超声后充分混合，得到混合体系A，其中多巴胺改性六方氮化硼的质量为多巴胺改性六方氮化硼和对位芳纶纳米纤维总质量的10％～40％，超声时间为10～30min，具体根据六方氮化硼的品质决定，因为六方氮化硼有自然形成的和人工合成的，最终的成品尺度不同；
步骤2，将混合体系A依次经真空辅助过滤和热压干燥，得到多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料，其中真空辅助过滤的压力为0.5～0.8MPa，热压干燥在90～150℃下进行15～30min。
本发明按如下步骤制备多巴胺改性六方氮化硼分散液，
步骤1-1a，将去离子水与有机溶剂按(2～4):1的体积比混合，充分搅拌得到混合溶液A，其中有机溶剂为无水乙醇或无水甲醇；
步骤1-1b，将1.21g三羟甲基氨基甲烷加入到350～500ml的混合溶液A中得到缓冲溶液A，此时缓冲溶液A的pH保持在8.4～8.6，也可以加入其它缓冲溶液进行pH的微调节；
步骤1-1c，将2g六方氮化硼加入到350～500ml的缓冲溶液A中后搅拌，可在室温下，即20～25℃搅拌20～60min，得到混合体系B；
步骤1-1d，将0.8g多巴胺加入到350～500ml的混合体系B中后搅拌，可在室温下，即20～25℃搅拌6～8h，多巴胺发生聚合反应粘附在六方氮化硼表面形成多巴胺改性六方氮化硼，得到混合体系C；
步骤1-1e，将混合体系C在带有滤纸的滤瓶中抽滤，再用去离子水反复洗涤抽滤，直到混合体系中的杂质和有机溶剂完全去除，将过滤得到的滤饼配置成一定浓度的分散液，得到多巴胺改性六方氮化硼分散液，一般用去离子水洗涤抽滤2～3次即可。
本发明按如下步骤制备对位芳纶纳米纤维分散液，
步骤1-2a，将1.5g的氢氧化钾研碎加入到500ml的二甲基亚砜溶剂当中，充分搅拌得到混合溶液B；
步骤1-2b，将1.0g对位芳纶纳米纤维加入到500的ml混合溶液B中得到悬浮状态的混合体系；
步骤1-2c，将悬浮状态的混合体系在20～30℃下，以200～500r/min的搅拌速率进行为期8天的搅拌，直至悬浮状态的混合体系由浅黄色变为透亮的深红色；
步骤1-2d，将步骤2c得到的混合体系在带有滤纸的滤瓶中抽滤，再用去离子水反复洗涤抽滤，此步骤清洗的本质是进行溶剂置换，具体目标是将氢氧化钾与二甲基亚砜完全替换为去离子水，得到500ml的对位芳纶纳米纤维分散液。
该复合材料轻质、导热性能与提升明显、绝缘性能优异，制备过程易于加工高导热绝缘用的复合材料。
实施例1
本发明一种多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤，
步骤1，将多巴胺改性六方氮化硼分散液和对位芳纶纳米纤维分散液超声后充分混合，得到混合体系A，其中多巴胺改性六方氮化硼的质量为多巴胺改性六方氮化硼和对位芳纶纳米纤维总质量的10％，超声时间为10min；
步骤2，将混合体系A依次经真空辅助过滤和热压干燥，得到多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料，其中真空辅助过滤的压力为0.5MPa，热压干燥在90℃下进行15min。
上述步骤1中，按如下步骤制备多巴胺改性六方氮化硼分散液，
步骤1-1a，将去离子水与无水乙醇按2:1的体积比混合，充分搅拌得到混合溶液A；
步骤1-1b，将1.21g三羟甲基氨基甲烷加入到400ml的混合溶液A中得到缓冲溶液A，此时缓冲溶液A的pH保持在8.4～8.6；
步骤1-1c，将2g六方氮化硼加入到400ml的缓冲溶液A中后搅拌，可在室温下搅拌0.5h，得到混合体系B，其中六方氮化硼如图1所示，呈米白色的粉末状，六方氮化硼的SEM图如图2所示；
步骤1-1d，将0.8g多巴胺加入到400ml的缓冲溶液A中后搅拌，可在室温下搅拌6h，得到混合体系C；
步骤1-1e，将混合体系C在带有滤纸的滤瓶中抽滤，再用去离子水洗涤抽滤2次，此时混合体系中的杂质和有机溶剂完全去除，将过滤得到的滤饼配置成分散液，得到多巴胺改性六方氮化硼分散液，其中滤饼即多巴胺改性六方氮化硼，滤饼如图3所示，呈土色的粉末状，其SEM图如图4所示，可以看到经多巴胺改性，六方氮化硼表面粘附了有聚多巴胺，多巴胺改性六方氮化硼的断面SEM图如图5所示，从断面看多巴胺改性六方氮化硼与对位芳纶纳米纤维形成了层状结构，这种结构有利于发挥协同效应，提升多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料的绝缘性能；
同时上述步骤1中，按如下步骤制备对位芳纶纳米纤维分散液，
步骤1-2a，将1.5g的氢氧化钾研碎加入到500ml的二甲基亚砜溶剂当中，充分搅拌得到混合溶液B；
步骤1-2b，将1.0g对位芳纶纳米纤维加入到500的ml混合溶液B中得到悬浮状态的混合体系；
步骤1-2c，将悬浮状态的混合体系在25℃下，以300r/min的搅拌速率进行为期8天的搅拌，直至悬浮状态的混合体系由浅黄色变为透亮的深红色；
步骤1-2d，将步骤2c得到的混合体系在带有滤纸的滤瓶中抽滤，再用去离子水反复洗涤抽滤，此步骤清洗的本质是进行溶剂置换，具体目标是将氢氧化钾与二甲基亚砜完全替换为去离子水，得到500ml的对位芳纶纳米纤维分散液；
该复合材料如图6所示，呈灰色，轻质、可弯折，弯折的状态可见图7所示，该复合材料导热性能提升明显、绝缘性能优异，制备过程易于加工高导热绝缘用的复合材料。
实施例2
本发明一种多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤，
步骤1，将多巴胺改性六方氮化硼分散液和对位芳纶纳米纤维分散液超声后充分混合，得到混合体系A，其中多巴胺改性六方氮化硼的质量为多巴胺改性六方氮化硼和对位芳纶纳米纤维总质量的20％，超声时间为20min；
步骤2，将混合体系A依次经真空辅助过滤和热压干燥，得到多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料，其中真空辅助过滤的压力为0.6MPa，热压干燥在120℃下进行20min。
上述步骤1中，按如下步骤制备多巴胺改性六方氮化硼分散液，
步骤1-1a，将去离子水与无水甲醇按4:1的体积比混合，充分搅拌得到混合溶液A；
步骤1-1b，将1.21g三羟甲基氨基甲烷加入到350ml的混合溶液A中得到缓冲溶液A，此时缓冲溶液A的pH保持在8.4～8.6；
步骤1-1c，将2g六方氮化硼加入到350ml的缓冲溶液A中后搅拌，可在室温下搅拌0.5h，得到混合体系B；
步骤1-1d，将0.8g多巴胺加入到350ml的缓冲溶液A中后搅拌，可在室温下搅拌7h，得到混合体系C；
步骤1-1e，将混合体系C在带有滤纸的滤瓶中抽滤，再用去离子水洗涤抽滤3次，此时混合体系中的杂质和有机溶剂完全去除，将过滤得到的滤饼配置成分散液，得到多巴胺改性六方氮化硼分散液；
同时上述步骤1中，按如下步骤制备对位芳纶纳米纤维分散液，
步骤1-2a，将1.5g的氢氧化钾研碎加入到500ml的二甲基亚砜溶剂当中，充分搅拌得到混合溶液B；
步骤1-2b，将1.0g对位芳纶纳米纤维加入到500的ml混合溶液B中得到悬浮状态的混合体系；
步骤1-2c，将悬浮状态的混合体系在20℃下，以500r/min的搅拌速率进行为期8天的搅拌，直至悬浮状态的混合体系由浅黄色变为透亮的深红色；
步骤1-2d，将步骤2c得到的混合体系在带有滤纸的滤瓶中抽滤，再用去离子水反复洗涤抽滤，此步骤清洗的本质是进行溶剂置换，具体目标是将氢氧化钾与二甲基亚砜完全替换为去离子水，得到500ml的对位芳纶纳米纤维分散液；
该复合材料轻质、导热性能提升明显、绝缘性能优异，制备过程易于加工高导热绝缘用的复合材料。
实施例3
本发明一种多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤，
步骤1，将多巴胺改性六方氮化硼分散液和对位芳纶纳米纤维分散液超声后充分混合，得到混合体系A，其中多巴胺改性六方氮化硼的质量为多巴胺改性六方氮化硼和对位芳纶纳米纤维总质量的30％，超声时间为30min；
步骤2，将混合体系A依次经真空辅助过滤和热压干燥，得到多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料，其中真空辅助过滤的压力为0.8MPa，热压干燥在150℃下进行30min。
上述步骤1中，按如下步骤制备多巴胺改性六方氮化硼分散液，
步骤1-1a，将去离子水与无水乙醇按4:1的体积比混合，充分搅拌得到混合溶液A；
步骤1-1b，将1.21g三羟甲基氨基甲烷加入到500ml的混合溶液A中得到缓冲溶液A，此时缓冲溶液A的pH保持在8.4～8.6；
步骤1-1c，将2g六方氮化硼加入到500ml的缓冲溶液A中后搅拌，可在室温下搅拌0.5h，得到混合体系B；
步骤1-1d，将0.8g多巴胺加入到500ml的缓冲溶液A中后搅拌，可在室温下搅拌6.5h，得到混合体系C；
步骤1-1e，将混合体系C在带有滤纸的滤瓶中抽滤，再用去离子水洗涤抽滤3次，此时混合体系中的杂质和有机溶剂完全去除，将过滤得到的滤饼配置成分散液，得到多巴胺改性六方氮化硼分散液；
同时上述步骤1中，按如下步骤制备对位芳纶纳米纤维分散液，
步骤1-2a，将1.5g的氢氧化钾研碎加入到500ml的二甲基亚砜溶剂当中，充分搅拌得到混合溶液B；
步骤1-2b，将1.0g对位芳纶纳米纤维加入到500的ml混合溶液B中得到悬浮状态的混合体系；
步骤1-2c，将悬浮状态的混合体系在30℃下，以200r/min的搅拌速率进行为期8天的搅拌，直至悬浮状态的混合体系由浅黄色变为透亮的深红色；
步骤1-2d，将步骤2c得到的混合体系在带有滤纸的滤瓶中抽滤，再用去离子水反复洗涤抽滤，此步骤清洗的本质是进行溶剂置换，具体目标是将氢氧化钾与二甲基亚砜完全替换为去离子水，得到500ml的对位芳纶纳米纤维分散液；
该复合材料轻质、导热性能提升明显、绝缘性能优异，制备过程易于加工高导热绝缘用的复合材料。
实施例4
本发明一种多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤，
步骤1，将多巴胺改性六方氮化硼分散液和对位芳纶纳米纤维分散液超声后充分混合，得到混合体系A，其中多巴胺改性六方氮化硼的质量为多巴胺改性六方氮化硼和对位芳纶纳米纤维总质量的40％，超声时间为25min；
步骤2，将混合体系A依次经真空辅助过滤和热压干燥，得到多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料，其中真空辅助过滤的压力为0.7MPa，热压干燥在135℃下进行25min。
上述步骤1中，按如下步骤制备多巴胺改性六方氮化硼分散液，
步骤1-1a，将去离子水与无水乙醇按3:1的体积比混合，充分搅拌得到混合溶液A；
步骤1-1b，将1.21g三羟甲基氨基甲烷加入到400ml的混合溶液A中得到缓冲溶液A，此时缓冲溶液A的pH保持在8.4～8.6；
步骤1-1c，将2g六方氮化硼加入到350ml的缓冲溶液A中后搅拌，可在室温下搅拌0.5h，得到混合体系B；
步骤1-1d，将0.8g多巴胺加入到350ml的缓冲溶液B中后搅拌，可在室温下搅拌8h，得到混合体系C；
步骤1-1e，将混合体系C在带有滤纸的滤瓶中抽滤，再用去离子水洗涤抽滤2次，此时混合体系中的杂质和有机溶剂完全去除，将过滤得到的滤饼配置成分散液，得到多巴胺改性六方氮化硼分散液；
同时上述步骤1中，按如下步骤制备对位芳纶纳米纤维分散液，
步骤1-2a，将1.5g的氢氧化钾研碎加入到500ml的二甲基亚砜溶剂当中，充分搅拌得到混合溶液B；
步骤1-2b，将1.0g对位芳纶纳米纤维加入到500的ml混合溶液B中得到悬浮状态的混合体系；
步骤1-2c，将悬浮状态的混合体系在25℃下，以300r/min的搅拌速率进行为期8天的搅拌，直至悬浮状态的混合体系由浅黄色变为透亮的深红色；
步骤1-2d，将步骤2c得到的混合体系在带有滤纸的滤瓶中抽滤，再用去离子水反复洗涤抽滤，此步骤清洗的本质是进行溶剂置换，具体目标是将氢氧化钾与二甲基亚砜完全替换为去离子水，得到500ml的对位芳纶纳米纤维分散液；
该复合材料轻质、导热性能提升明显、绝缘性能优异，制备过程易于加工高导热绝缘用的复合材料。
通过对上述四个实施例得到的四个样品材料与纯的对位芳纶纳米纤维进行导热系数测量和抗张强度测量得到了图8和图9。
另外，作为对比，将上述四个实施例中的多巴胺改性六方氮化硼分散液全部换成六方氮化硼超声分散液，仅需将六方氮化硼超声分散液到去离子水中，即可制备出六方氮化硼分散液，然后将其与对位芳纶纳米纤维分散液依次真空辅助过滤和热压干燥，得到六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料，其中当六方氮化硼的质量为六方氮化硼和对位芳纶纳米纤维总质量的10％时，真空辅助过滤的压力为0.5MPa，热压干燥在80℃下进行20min；当六方氮化硼的质量为六方氮化硼和对位芳纶纳米纤维总质量的20％时，真空辅助过滤的压力为0.6MPa，热压干燥在200℃下进行30min；当六方氮化硼的质量为六方氮化硼和对位芳纶纳米纤维总质量的30％时，真空辅助过滤的压力为0.8MPa，热压干燥在120℃下进行25min；当六方氮化硼的质量为六方氮化硼和对位芳纶纳米纤维总质量的40％时，真空辅助过滤的压力为0.9MPa，热压干燥在160℃下进行25min；最后对得到的样品材料与纯的对位芳纶纳米纤维进行导热系数测量和抗张强度测量，得到图10和图11，需要说明的是，本发明中，真空辅助过滤的压力和热压干燥的温度均为小范围值，经长期实验表明，在小范围内热压干燥温度、真空辅助过滤压力波动对于样品导热系数、抗张强度的影响可以忽略不计。
由图5可以看到本发明得到的复合材料的导热系数均比纯的对位芳纶纳米纤维高，而且随着六方氮化硼的含量不断提高。但值得注意的是，由图6可以看到本发明得到的复合材料的抗张强度在六方氮化硼为10％的比例下最高，之后随着其含量不断减小，至40％的比例时已经低于纯的对位芳纶纳米纤维，这是该复合材料在正常使用的最低要求。这些数据证明了本发明的复合材料的高绝缘性、高导热性，而且同时六方氮化硼的质量不能大于六方氮化硼和对位芳纶纳米纤维总质量的40％。
通过将图7与图5对比，图8与图6对比，可知本发明得到的复合材料性能均优于未多巴胺改性的六方氮化硼与对位芳纶纳米纤维复合后的材料。

Claims (10)

1.一种多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
步骤1，将多巴胺改性六方氮化硼分散液和对位芳纶纳米纤维分散液混合后超声，得到混合体系A，其中多巴胺改性六方氮化硼的质量为多巴胺改性六方氮化硼和对位芳纶纳米纤维总质量的10％～40％；
步骤2，将混合体系A依次真空辅助过滤和热压干燥，得到多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料的制备方法，其特种在于，步骤2中所述真空辅助过滤的压力为0.5～0.8MPa。
3.根据权利要求1所述的一种多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2中所述的热压干燥在90～150℃下进行15～30min。
4.根据权利要求1所述的一种多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1中所述的超声时间为10～30min。
5.根据权利要求1所述的一种多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料的制备方法，其特种在于，步骤1中所述的多巴胺改性六方氮化硼分散液按如下步骤制得，
步骤1a，将去离子水与有机溶剂按(2～4)：1的体积比混合得到混合溶液A，其中有机溶剂为无水乙醇或无水甲醇；
步骤1b，将三羟甲基氨基甲烷加入到混合溶液A中，得到缓冲溶液A，其中缓冲溶液A的pH为8.4～8.6；
步骤1c，将六方氮化硼加入到缓冲溶液A中后搅拌，得到混合体系B，其中六方氮化硼的质量与缓冲溶液A的体积之比为2g：(350～500ml)；
步骤1d，将多巴胺加入混合体系B得到混合体系C，其中多巴胺的质量与混合体系B的体积之比为0.8g：(350～500ml)；
步骤1e，将混合体系C在室温下搅拌6～8h，抽滤后用去离子水反复洗涤，直到杂质和有机溶剂去除，再加去离子水得到多巴胺改性六方氮化硼分散液。
6.根据权利要求5所述的一种多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1a中将去离子水与有机溶剂混合后搅拌得到混合溶液A。
7.根据权利要求5所述的一种多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1b中三羟甲基氨基甲烷的质量与混合溶液A的体积之比为1.21g：(350～500ml)。
8.根据权利要求5所述的一种多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1c将六方氮化硼加入到缓冲溶液A中后在20～25℃下搅拌20～60min。
9.根据权利要求5所述的一种多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1d将多巴胺加入到混合体系B中后在20～25℃下搅拌6～8h得到混合体系C。
10.一种由权利要求1～9中任意一项所述的多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料的制备方法得到的多巴胺改性六方氮化硼/对位芳纶纳米纤维复合材料。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110713716A (zh) * 2019-11-23 2020-01-21 西北工业大学 一种高导热聚多巴胺修饰氮化硼/聚酰亚胺复合材料及其制备方法
CN111518315A (zh) * 2020-05-08 2020-08-11 常熟理工学院 一种基于微结构有序的高气体阻隔性复合材料及其制备方法
CN111560660A (zh) * 2020-06-23 2020-08-21 南通强生石墨烯科技有限公司 制备白石墨烯再生纤维素复合纤维的方法及其制备的纤维
CN111607839A (zh) * 2020-06-23 2020-09-01 南通强生石墨烯科技有限公司 制备改性白石墨烯涤纶复合纤维的方法及其制备的纤维
CN113354919A (zh) * 2021-06-13 2021-09-07 西北工业大学 一种软金属友好型树脂基摩擦材料及制备方法
CN113604966A (zh) * 2021-07-19 2021-11-05 滁州杰事杰新材料有限公司 一种具有高滤性的黑色熔喷布材料及其制备方法
CN114481355A (zh) * 2022-02-17 2022-05-13 苏州鸿凌达电子科技股份有限公司 一种基于六方氮化硼制备导热绝缘膜的方法
CN115368621A (zh) * 2021-05-18 2022-11-22 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 芳纶/聚多巴胺气凝胶薄膜、相变复合薄膜、制法及应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106554514A (zh) * 2016-10-28 2017-04-05 上海大学 一种用聚多巴胺修饰氮化硼纳米片表面的方法
CN107216689A (zh) * 2017-06-23 2017-09-29 西北工业大学 一种多巴胺表面改性二维纳米材料及制备方法
CN108642862A (zh) * 2018-05-04 2018-10-12 苏州大学 一种表面改性芳纶纤维及其制备方法
CN108978328A (zh) * 2018-07-26 2018-12-11 陕西科技大学 一种导热型芳纶纳米绝缘纸及其制备方法
CN109487630A (zh) * 2018-11-15 2019-03-19 东华大学 一种纳米氮化硼改性的聚酰亚胺复合纸及其制备和应用

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106554514A (zh) * 2016-10-28 2017-04-05 上海大学 一种用聚多巴胺修饰氮化硼纳米片表面的方法
CN107216689A (zh) * 2017-06-23 2017-09-29 西北工业大学 一种多巴胺表面改性二维纳米材料及制备方法
CN108642862A (zh) * 2018-05-04 2018-10-12 苏州大学 一种表面改性芳纶纤维及其制备方法
CN108978328A (zh) * 2018-07-26 2018-12-11 陕西科技大学 一种导热型芳纶纳米绝缘纸及其制备方法
CN109487630A (zh) * 2018-11-15 2019-03-19 东华大学 一种纳米氮化硼改性的聚酰亚胺复合纸及其制备和应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YANG, MING等: "Dispersion s of Aramid Nanofibers: A New Nanoscale Building Block", 《ACS NANO》 *
秦盼亮等: "AF-PDA@h-BN二元纸基复合材料导热绝缘性能的研究", 《中国造纸》 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110713716A (zh) * 2019-11-23 2020-01-21 西北工业大学 一种高导热聚多巴胺修饰氮化硼/聚酰亚胺复合材料及其制备方法
CN110713716B (zh) * 2019-11-23 2022-01-28 西北工业大学 一种高导热聚多巴胺修饰氮化硼/聚酰亚胺复合材料及其制备方法
CN111518315A (zh) * 2020-05-08 2020-08-11 常熟理工学院 一种基于微结构有序的高气体阻隔性复合材料及其制备方法
CN111518315B (zh) * 2020-05-08 2022-01-07 常熟理工学院 一种基于微结构有序的高气体阻隔性复合材料及其制备方法
CN111560660A (zh) * 2020-06-23 2020-08-21 南通强生石墨烯科技有限公司 制备白石墨烯再生纤维素复合纤维的方法及其制备的纤维
CN111607839A (zh) * 2020-06-23 2020-09-01 南通强生石墨烯科技有限公司 制备改性白石墨烯涤纶复合纤维的方法及其制备的纤维
CN115368621A (zh) * 2021-05-18 2022-11-22 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 芳纶/聚多巴胺气凝胶薄膜、相变复合薄膜、制法及应用
CN115368621B (zh) * 2021-05-18 2024-03-15 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 芳纶/聚多巴胺气凝胶薄膜、相变复合薄膜、制法及应用
CN113354919A (zh) * 2021-06-13 2021-09-07 西北工业大学 一种软金属友好型树脂基摩擦材料及制备方法
CN113604966A (zh) * 2021-07-19 2021-11-05 滁州杰事杰新材料有限公司 一种具有高滤性的黑色熔喷布材料及其制备方法
CN114481355A (zh) * 2022-02-17 2022-05-13 苏州鸿凌达电子科技股份有限公司 一种基于六方氮化硼制备导热绝缘膜的方法

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