CN110760159A - 一种“苍耳型”碳材料增强环氧树脂力学性能的制备方法 - Google Patents

一种“苍耳型”碳材料增强环氧树脂力学性能的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种“苍耳型”碳材料增强环氧树脂力学性能的制备方法，具体配方为：1‑5份“苍耳碳材料、60‑80份环氧树脂、5‑15份环氧树脂稀释剂、1‑5份环氧树脂消泡剂、15‑30份环氧树脂固化剂。本发明的“苍耳型”碳材料的“主体结构”为羟基化多壁碳纳米管（CNT‑OH），“苍耳型”碳材料的“触角”为羟基化石墨烯(G‑OH)；将“苍耳型”碳材料以搅拌、超声等方法和环氧树脂混合。本发明的增益效果为：通过添加1‑5份的“苍耳型”碳材料，环氧树脂的拉升强度提高了1.2‑2.9倍，弯曲强度提升了1.1‑.18倍，冲击强度提升了1.2‑2.6倍。

Description

一种“苍耳型”碳材料增强环氧树脂力学性能的制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，尤其是涉及一种“苍耳型”碳材料增强环氧树脂力学性能的制备方法。
背景技术
环氧树脂胶黏剂的应用很广泛，对于各种金属材料如铝、钢、铁、铜；非金属材料如玻璃、木材、混凝土等；以及热固性塑料如酚醛、氨基、不饱和聚酯等都有优良的粘接性能。
本发明制备的“苍耳型”新型碳材料，对环氧树脂有很好的相溶性，大量的羟基能够牢牢的和环氧树脂结合，使得到的“苍耳型”碳材料环氧树脂在拉伸强度、弯曲强度和冲击强度等方面均得到了很大程度的提升。
发明内容
为进一步增强环氧树脂的力学性能，本发明提供一种“苍耳型”碳材料增强环氧树脂力学性能的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，具体制作步骤为：
（1）将0.1-0.2g石墨烯粉末（Graphene）在100-150mL双氧水、1.5-2.0g四水氯化亚铁、150-200g的pH为3-5的水溶液中经过搅拌、超声等处理，再洗涤后得到羟基化石墨烯(G-OH)溶液，即为“苍耳型”碳材料的“触角”部分；
（2）将0.1-0.2g多壁碳纳米管（CNT）在200-250mL双氧水、3.0-4.0g四水氯化亚铁、250-400g的pH为3-5的水溶液中经过搅拌、超声等处理，再洗涤后得到羟基化多臂碳纳米管（CNT-OH）溶液，即为“苍耳型”碳材料的“主体结构”部分；
（3）将到羟基化石墨烯(G-OH)溶液和羟基化多臂碳纳米管（CNT-OH）溶液等浓度混合，并超声2-4h，得到“苍耳型”碳材料溶液，并通过冷冻干燥的方法得到“苍耳型”碳材料粉末；
（4）将环氧树脂、环氧树脂稀释剂、环氧树脂消泡剂混合并搅拌均匀，得到低粘度的环氧树脂溶液；
（5）将“苍耳型”碳材料粉末分散在环氧树脂溶液中，并搅拌充分再超声2h；
（6）将环氧树脂固化剂和步骤（5）中溶液混合并固化，即得到“苍耳型”碳材料环氧树脂材料；
（7）将固化好的“苍耳型”碳材料环氧树脂材料进行拉伸强度、弯曲强度和冲击强度等测试。
优选的，“苍耳型”碳材料的添加量为1-2份、2-4份、4-5份。
优选的，环氧树脂可用环氧树脂E-44、环氧树脂E-51、环氧树脂E-53的一种或者几种。
优选的，环氧树脂稀释剂为二甲苯、乙酸丁酯、烷基缩水甘油醚、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、苯甲醇和苯乙烯的一种或者几种；
优选的，环氧树脂固化剂包括脂肪胺、脂环胺、芳香胺、聚酰胺、酸酐、树脂类、叔胺、酸酐的一种或者几种。
本发明的“苍耳型”碳材料的“主体结构”为羟基化多壁碳纳米管（CNT-OH），“苍耳型”碳材料的“触角”为羟基化石墨烯(G-OH)；将“苍耳型”碳材料以搅拌、超声等方法和环氧树脂混合。本发明的增益效果为：通过添加1-5份的“苍耳型”碳材料，环氧树脂的拉升强度提高了1.2-2.9倍，弯曲强度提升了1.1-.18倍，冲击强度提升了1.2-2.6倍。
说明书附图
为了更清楚地说明本发明实例或现有技术中的技术方案，下面将对实施实例或现有技术描述中所需要的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：
图1 为“苍耳型”碳材料结构示意图。
具体实施方式
实施例1
一种“苍耳型”碳材料增强环氧树脂力学性能的制备方法，具体制作步骤为：
（1）将0.1g石墨烯粉末（Graphene）在100mL双氧水、1.5g四水氯化亚铁、150g的pH为3-5的水溶液中经过搅拌、超声等处理，再洗涤后得到羟基化石墨烯(G-OH)溶液，即为“苍耳型”碳材料的“触角”部分；
（2）将0.1g多壁碳纳米管（CNT）在200mL双氧水、3.0g四水氯化亚铁、250g的pH为3-5的水溶液中经过搅拌、超声等处理，再洗涤后得到羟基化多臂碳纳米管（CNT-OH）溶液，即为“苍耳型”碳材料的“主体结构”部分；
（3）将到羟基化石墨烯(G-OH)溶液和羟基化多臂碳纳米管（CNT-OH）溶液等浓度混合，并超声2-4h，得到“苍耳型”碳材料溶液，并通过冷冻干燥的方法得到“苍耳型”碳材料粉末；
（4）将1份“苍耳碳材料、60份环氧树脂E-51、5份环氧树脂稀释剂和3份环氧树脂消泡剂混合并搅拌均匀，并搅拌充分再超声2h；
（5）将30份环氧树脂固化剂和步骤（4）中溶液混合并固化，即得到“苍耳型”碳材料环氧树脂材料；
（6）将固化好的“苍耳型”碳材料环氧树脂材料进行拉伸强度、弯曲强度和冲击强度等测试。
实施例2
一种“苍耳型”碳材料增强环氧树脂力学性能的制备方法，具体制作步骤为：
（1）将0.1g石墨烯粉末（Graphene）在100mL双氧水、1.5g四水氯化亚铁、150g的pH为3-5的水溶液中经过搅拌、超声等处理，再洗涤后得到羟基化石墨烯(G-OH)溶液，即为“苍耳型”碳材料的“触角”部分；
（2）将0.1g多壁碳纳米管（CNT）在200mL双氧水、3.0g四水氯化亚铁、250g的pH为3-5的水溶液中经过搅拌、超声等处理，再洗涤后得到羟基化多臂碳纳米管（CNT-OH）溶液，即为“苍耳型”碳材料的“主体结构”部分；
（3）将到羟基化石墨烯(G-OH)溶液和羟基化多臂碳纳米管（CNT-OH）溶液等浓度混合，并超声2-4h，得到“苍耳型”碳材料溶液，并通过冷冻干燥的方法得到“苍耳型”碳材料粉末；
（4）将3份“苍耳碳材料、60份环氧树脂E-51、5份环氧树脂稀释剂和3份环氧树脂消泡剂混合并搅拌均匀，并搅拌充分再超声2h；
（5）将30份环氧树脂固化剂和步骤（4）中溶液混合并固化，即得到“苍耳型”碳材料环氧树脂材料；
（6）将固化好的“苍耳型”碳材料环氧树脂材料进行拉伸强度、弯曲强度和冲击强度等测试。
实施例3
一种“苍耳型”碳材料增强环氧树脂力学性能的制备方法，具体制作步骤为：
（1）将0.1g石墨烯粉末（Graphene）在100mL双氧水、1.5g四水氯化亚铁、150g的pH为3-5的水溶液中经过搅拌、超声等处理，再洗涤后得到羟基化石墨烯(G-OH)溶液，即为“苍耳型”碳材料的“触角”部分；
（2）将0.1g多壁碳纳米管（CNT）在200mL双氧水、3.0g四水氯化亚铁、250g的pH为3-5的水溶液中经过搅拌、超声等处理，再洗涤后得到羟基化多臂碳纳米管（CNT-OH）溶液，即为“苍耳型”碳材料的“主体结构”部分；
（3）将到羟基化石墨烯(G-OH)溶液和羟基化多臂碳纳米管（CNT-OH）溶液等浓度混合，并超声2-4h，得到“苍耳型”碳材料溶液，并通过冷冻干燥的方法得到“苍耳型”碳材料粉末；
（4）将5份“苍耳碳材料、60份环氧树脂E-51、5份环氧树脂稀释剂和3份环氧树脂消泡剂混合并搅拌均匀，并搅拌充分再超声2h；
（5）将30份环氧树脂固化剂和步骤（4）中溶液混合并固化，即得到“苍耳型”碳材料环氧树脂材料；
（6）将固化好的“苍耳型”碳材料环氧树脂材料进行拉伸强度、弯曲强度和冲击强度等测试。
将各实施例制备的样品进行力学性能测试，得到结果若如下表所示
项目 纯环氧树脂 实施例1 实施例2 实施例3
拉伸强度(MPa) 70.2 84.3 136.8 203.1
弯曲强度(MPa) 135.6 148.6 177.4 243.7
冲击强度（KJ/m<sup>2</sup>） 25.9 30.4 45.3 65.8

Claims (4)

1.一种“苍耳型”碳材料增强环氧树脂力学性能的制备方法，其特征在于，制备方法包括“苍耳型”碳材料的制备和“苍耳型”碳材料环氧树脂的制备。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，“苍耳型”碳材料的具体制备方法为：
将0.1-0.2g石墨烯粉末（Graphene）在100-150mL双氧水、1.5-2.0g四水氯化亚铁、150-200g的pH为3-5的水溶液中经过搅拌、超声等处理，再洗涤后得到羟基化石墨烯(G-OH)溶液，即为“苍耳型”碳材料的“触角”部分；
将0.1-0.2g多壁碳纳米管（CNT）在200-250mL双氧水、3.0-4.0g四水氯化亚铁、250-400g的pH为3-5的水溶液中经过搅拌、超声等处理，再洗涤后得到羟基化多臂碳纳米管（CNT-OH）溶液，即为“苍耳型”碳材料的“主体结构”部分；
将到羟基化石墨烯(G-OH)溶液和羟基化多臂碳纳米管（CNT-OH）溶液等浓度混合，并超声2-4h，得到“苍耳型”碳材料溶液，并通过冷冻干燥的方法得到“苍耳型”碳材料粉末。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，环氧树脂为环氧值在0.25-0.45之间的液体环氧如E-44、E-51等型号；环氧树脂稀释剂包括乙醇、二甲苯、乙酸丁酯、烷基缩水甘油醚、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、苯甲醇和苯乙烯等；消泡剂包为有机硅酮复合物；固化剂包括脂肪胺、脂环胺、芳香胺、聚酰胺、酸酐、树脂类、叔胺、酸酐等。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，“苍耳型”碳材料环氧树脂的制备方法为：
（1）将环氧树脂、环氧树脂稀释剂、环氧树脂消泡剂混合并搅拌均匀，得到低粘度的环氧树脂溶液；
（2）将“苍耳型”碳材料粉末分散在环氧树脂溶液中，并搅拌充分再超声2h;
（3）将环氧树脂固化剂和步骤（2）中溶液混合并固化，即得到“苍耳型”碳材料环氧树脂材料。
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