CN112778703A - 一种高韧性、导热性环氧树脂复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种高韧性、导热性环氧树脂复合材料及其制备方法，属于聚合物基复合材料制造应用技术领域。该环氧树脂复合材料是环氧树脂中分散有质量比例0.2％‑5％的混合纳米填料，混合纳米填料包括二维片层结构氮化硼和一维管状结构碳纳米管。通过对环氧树脂内的纳米填料结构、以及添加量等改进，并采用相应的制备方法，与现有技术相比，能够有效解决环氧树脂复合材料韧性低，导热性差等问题，通过不同种类和形貌的纳米填料的添加，制备得到兼具高韧性、高导热性的环氧树脂基复合材料，该材料将广泛适用于航空航天领域。

Description

一种高韧性、导热性环氧树脂复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于聚合物基复合材料制造应用技术领域，具体涉及一种高韧性、导热性环氧树脂复合材料及其制备方法。
背景技术：
环氧树脂胶粘剂由于低廉的价格与出色的性被应用于各种领域，通常作为结构性胶黏剂广泛的应用于航空飞机当中。例如粘接金属接头，纤维增强复合材料，粘接飞机结构与精密电子元器件的制造等。所以胶接技术是航空工业必不可少的技术之一。环氧树脂粘合剂具有许多优点，例如重量轻，粘合强度更好，成本低，耐疲劳性和耐化学性。然而对于评估粘合剂质量，断裂韧性也是最重要的标准之一，因为基于环氧树脂的粘合剂接头的脆性是一个严重的缺陷，极大的限制了其使用寿命，同时环氧树脂极差的热性能也严重限制其广泛的应用。航空领域的学者们也开发了多种方法来提高环氧树脂粘合剂的断裂韧性与导热性。其中添加纳米颗粒以改善环氧胶粘剂的机械性能和其他功能方面的有效性是改善环氧树脂性能的有效方法。
纳米材料添加技术是改善环氧树脂性能的有效手段，并有着极高的效率，少量的纳米材料的添加即可极大的增强环氧树脂的性能，并且随着添加不同特性纳米材料，也可以实现环氧树脂多功能的应用。因此，它被认为是一种很有前途的改进环氧树脂性能的方法。然而，如何实现在提高环氧树脂机械性能的同时改善其不良的导热性是一个重要的难题。同时纳米材料在环氧树脂中的分散性是一个重要问题。
碳纳米管和石墨烯作为碳纳米族材料，已被证实具有超高的比表面积、优异的力学性能以及良好的导电性和导热性，已被用来作为优秀的纳米材料来改善树脂的性能。氮化硼纳米片，具有良好的导热能力的纳米材料，通常被用来作为改善树脂导热性差的问题。通常来说，利用纳米材料改善环氧树脂是一种低成本、高效率的方法。以机械混合的方法，将一定质量的纳米材料添加入环氧树脂中，环氧树脂固化后在其中形成力承载网络，来改善环氧树脂的性能。
本发明拟通过添加碳纳米管与碳化硼混杂纳米，利用超声震荡分散纳米材料，之后与环氧树脂混合的方法，来改善环氧树脂的韧性，尤其改善环氧树脂的断裂韧性。并同时改善环氧树脂的导热性，实现环氧树脂的多功能应用。本发明预期在航空航天领域，电子元器件封装领域等具有广泛的应用前景。
发明内容：
本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种高韧性、导热性环氧树脂复合材料及其制备方法。针对环氧树脂的性能缺点，本发明提供一种通过机械混合添加碳纳米管与氮化硼杂化填料的方法来改善环氧树脂的韧性差，导热性差的问题。其中通过对环氧树脂复合材料内的承力网络结构、导热网络结构以及添加量等进行改进，并采用相应的制备方法，与现有技术比能够有效的解决在改善环氧树脂韧性差的同时改善导热性能不佳的问题。通过不同种类和形貌纳米材料的混合添加，制备兼具高韧性和高导热特性的环氧树脂复合材料。该环氧树脂复合材料内的纳米填料量低至0.2-5％的质量比，而断裂韧性与纯环氧相比提高89％，导热系数提高400％，韧性高，导热性高，确保了该复合材料优异的韧性与导热性，尤其适用于航空领域胶接结构中既要承力又要求传热的结构。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高韧性、导热性环氧树脂复合材料，原料组分包括环氧树脂、纳米填料与固化剂，所述的纳米填料为二维片层结构氮化硼和一维管状碳纳米管的混合物，二者按质量比为二维片层结构氮化硼：一维管状碳纳米管＝(0.5-1.5):(1-1.5)，所述的纳米填料加入量为环氧树脂质量的0.2-5％，所述的固化剂加入量与环氧树脂质量比为环氧树脂：固化剂＝1:(3-4)，所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂。
所述的环氧树脂为E-51型、E-55型、E-44型或E-42型中的一种。
所述的二维片层结构氮化硼尺寸为30-50nm，所述的一维管状碳纳米管平均直径为8-15nm，长度45-55um。
优选的，按质量比为二维片层结构氮化硼：一维管状碳纳米管＝1:1。
优选的，按质量比为环氧树脂：固化剂的＝1:3.3。
所述的固化剂为胺类固化剂，型号为D230。
所述的高韧性、导热性环氧树脂复合材料断裂韧性为0.979-1.225MPa·m0.5，导热系数为0.21-0.82W·m-1k-1。
所述的高韧性、导热性环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按质量比，分别取环氧树脂，二维片状氮化硼和一维管状碳纳米管，将氮化硼与碳纳米管分别溶于丙酮溶剂中，溶解分散，获得分散均匀的氮化硼填料溶液与碳纳米管填料溶液；
所述的步骤(1)中，分散方式为超声分散，溶剂为丙酮，所述的超声分散参数为：功率450W，温度25℃，超声分散时间3-4h。
(2)将氮化硼填料溶液与碳纳米管填料溶液添加入环氧树脂中，均匀分散后，去除溶剂，加入固化剂，混合均匀后，进行固化，制得高韧性、导热性环氧树脂复合材料。
所述的步骤(2)中：
氮化硼填料溶液与碳纳米管填料溶液添加入环氧树脂后的分散方式为超声分散，超声参数为：功率450W，温度25℃，超声分散时间0.5-1h；
所述的溶剂去除方式为集热式磁力搅拌加热，温度为80℃，转速为300-500r/min，溶剂去除后，冷却至室温，再加入固化剂。
所述的步骤(2)中，固化前进行抽真空脱泡处理后，进行固化反应，所述的抽真空时间为5-10min，所述的固化方式为预固化+高温固化方式，所述的预固化温度为80℃，预固化时间为0.5-1h，高温固化温度为110-130℃，高温固化时间为5-8h。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供的二维片状氮化硼纳米材料与一维碳纳米管纳米材料改性环氧树脂复合材料，由于碳纳米管的一维结构与氮化硼的二维片状结构，在添加后能够为环氧树脂提供更好的承力网络结构，提高环氧树脂复合材料的韧性，且由于碳纳米管与氮化硼优异的导热能力，加入环氧树脂后形成有效的导热网络，从而提高体系导热率。
(2)本发明提供的二维氮化硼纳米材料与一维碳纳米管纳米材料改性环氧树脂，由于不同的形貌的填料以1:1的比例混合添加到环氧树脂中，优化了体系的分散性。
(3)本发明提供的二维氮化硼片层结构与一维碳纳米管管状结构改性环氧树脂复合材料，以1:1比例混合添加至环氧树脂中，形成了全局三维立体的纳米网络，有效的提高环氧树脂的承力能力，提高了环氧树脂复合材料的韧性；并且由于纳米材料的优异的导热能力，形成的三维立体网络成为有效的导热阈渗网络，有效的提高环氧树脂的导热性能。
(4)本发明所述环氧复合材料制备方法，步骤简单，反应温和，以极低比例的纳米材料有效的提高环氧树脂性能，适合工业大规模生产。
附图说明：
图1是本发明实例1-3制备的高韧性、导热性环氧树脂复合材料的韧性对比图；
图2是本发明实例1-5制备的高韧性、导热性环氧树脂复合材料的热导率对比图；
图3是本发明实例3制备的高韧性、导热性环氧树脂复合材料的断面扫描电镜显微图。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，结合具体实施例对本发明技术内容做进一步解释说明。应当理解所描述的具体实例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供的环氧树脂复合材料，在环氧树脂中均匀分散有0％至1％质量比的纳米填料，所述的纳米填料二维氮化硼与一维碳纳米管均可由市场上购入。所述的二维氮化硼纳米填料与一维碳纳米管纳米填料质量比为1:1.
本发明提供的环氧树脂复合材料，其韧性性能按照测试标准ISO 13586测试；其导热性能按照测试标准ASTM E1530测试。
本发明提供的环氧树脂复合材料，按配方比例，可按照一般的填料添加方法制备，优选按照下述方法制备：
(1)取配方质量比例1:1的二维片层结构氮化硼纳米片与一维碳纳米管，称量后加入溶剂中，均匀分散。
(2)将分散均匀的填料混合，添加入环氧树脂中，均匀分散，除去分散溶剂，加入固化剂，均匀混合后除去气泡、固化，即得到所述环氧树脂复合材料。优选地，所述环氧树脂为双酚A型(E51)环氧树脂；所述固化剂为胺类固化剂(D230)，固化剂添加量与环氧树脂的质量比例为1：3.3。
其中步骤(1)的具体过程如下：
(1-1)分散：将称量好的质量比例1:1的二维片层结构氮化硼纳米片与一维碳纳米管分别加入一定量的溶剂中，超声波分散，使填料在溶剂中均匀分散。优选的所述分散溶剂为丙酮溶剂；所述超声分散参数为：功率450瓦，温度25℃以下，超声分散3-4小时。
其中步骤(2)的具体过程如下：
(2-1)将分散完成的纳米填料氮化硼纳米片与碳纳米管混合，加入环氧树脂，利用超声波分散方法使填料均匀分散于环氧树脂中，将混合物加热并进行磁力搅拌，挥发混合物中的丙酮溶剂，残余纳米填料与环氧树脂的混合物；冷却后加入固化剂：固化剂为3.3:1环氧树脂的比例添加，手动搅拌均匀，得到填料/环氧树脂分散混合物。优选地，所述超声分散参数为：功率450瓦，温度25℃以下，超声分散0.5-1小时；所述挥发丙酮溶剂采用集热式磁力搅拌的方法，参数为：80℃，300-500转/分钟。
(2-2)将(2-1)所得填料/环氧树脂分散混合物抽真空脱出气泡，并进行固化反应，即得到所述环氧树脂复合材料。所述固化过程包括两步：预固化与高温固化；预固化温度为80℃，预固化时间为0.5-1小时；高温固化为110-130℃，高温固化时间为5-8小时。
以下为具体实施例：
实施例1
一种环氧树脂复合材料，在环氧树脂中均匀分散有质量比为0.2％的纳米填料。所述纳米填料包括二维片状氮化硼，尺寸为30-50纳米；一维管状结构碳纳米管，直径8-15纳米，长度50微米。所述二维片状氮化硼与一维管状结构碳纳米管的质量比为1:1。所述环氧树脂复合材料，其韧性按照测试标准ISO 13586测试，断裂韧性为0.979MPa·m0.5；其导热性能按照测试标准ASTM E1530测试，导热系数为0.21W·m-1k-1。
一种环氧树脂复合材料，按照1:1比例，按照下述方法制备：
(1)称量一定质量的氮化硼与碳纳米管纳米材料(质量比例1:1)，分别加入300ml丙酮溶剂中，使填料在溶剂中均匀分散。
(2)将步骤(1)中分散均匀的填料混合，添加入环氧树脂中，均匀分散，除去分散溶剂，加入固化剂，混合均匀后除去气泡、固化，即得到所述环氧树脂复合材料。优选地，所述环氧树脂为双酚A型(E51)环氧树脂；所述固化剂为胺类固化剂(D230)，固化剂添加量与环氧树脂的质量比例为1：3.3。
其中步骤(1)的具体过程如下：
(1-1)分散：将称量好的质量比例1:1的二维片层结构氮化硼纳米片与一维碳纳米管分别加入一定量的溶剂中，超声波分散，使填料在溶剂中均匀分散。所述分散溶剂为丙酮溶剂；所述超声分散参数为：功率450瓦，温度25℃以下，超声分散3小时。
其中步骤(2)的具体过程如下：
(2-1)将分散完成的纳米填料氮化硼纳米片与碳纳米管混合，加入环氧树脂，利用超声波分散方法使填料均匀分散于环氧树脂中，将混合物加热并进行磁力搅拌，挥发混合物中的丙酮溶剂，残余纳米填料与环氧树脂的混合物；冷却后加入环氧树脂：固化剂为3.3:1的比例添加固化剂，手动搅拌均匀，得到填料/环氧树脂分散混合物。所述超声分散参数为：功率450瓦，温度25℃以下，超声分散0.5小时；所述挥发丙酮溶剂采用集热式磁力搅拌的方法，参数为：80℃，300-500转/分钟。
(2-2)将(2-1)所得填料/环氧树脂分散混合物抽真空脱出气泡，并进行固化反应，即得到高韧性、导热性环氧树脂复合材料，制备的高韧性、导热性环氧树脂复合材料韧性对比图如图1所示，热导率对比图如图2所示。所述抽真空时间为5分钟；所述固化过程包括两步：预固化与高温固化；预固化温度为80℃，预固化时间为0.5小时；高温固化为110℃，高温固化时间为7小时。
对比例：CN201610352308.1一种氮化硼-碳纳米管纳米复合物协同改性环氧树脂的方法专利中，添加原料氮化硼：碳纳米管＝5:1至环氧树脂中，制得0.5wt％环氧/氮化硼/碳纳米管复合材料导热率最高为0.311W·m-1k-1。
实施例2
一种环氧树脂复合材料，在环氧树脂中均匀分散有质量比为0.5％的纳米填料。所述纳米填料包括二维片状氮化硼，尺寸为30-50纳米；一维管状结构碳纳米管，直径8-15纳米，长度50微米。所述二维片状氮化硼与一维管状结构碳纳米管的质量比为1:1。所述环氧树脂复合材料，其韧性按照测试标准ISO 13586测试，断裂韧性为0.994MPa·m0.5；其导热性能按照测试标准ASTM E1530测试，导热系数为0.27W·m-1k-1。
一种环氧树脂复合材料，按照1:1比例，按照下述方法制备：
(1)称量一定质量的氮化硼与碳纳米管纳米材料(质量比例1:1)，分别加入300ml丙酮溶剂中，使填料在溶剂中均匀分散。
(2)将步骤(1)中分散均匀的填料混合，添加入环氧树脂中，均匀分散，除去分散溶剂，加入固化剂，混合均匀后除去气泡、固化，即得到所述环氧树脂复合材料。优选地，所述环氧树脂为双酚A型(E51)环氧树脂；所述固化剂为胺类固化剂(D230)，固化剂添加量与环氧树脂的质量比例为1：3.3。
其中步骤(1)的具体过程如下：
(1-1)分散：将称量好的质量比例1:1的二维片层结构氮化硼纳米片与一维碳纳米管分别加入一定量的溶剂中，超声波分散，使填料在溶剂中均匀分散。所述分散溶剂为丙酮溶剂；所述超声分散参数为：功率450瓦，温度25℃以下，超声分散3.5小时。
其中步骤(2)的具体过程如下：
(2-1)将分散完成的纳米填料氮化硼纳米片与碳纳米管混合，加入环氧树脂，利用超声波分散方法使填料均匀分散于环氧树脂中，将混合物加热并进行磁力搅拌，挥发混合物中的丙酮溶剂，残余纳米填料与环氧树脂的混合物；冷却后加入环氧树脂：固化剂为3.3:1的比例添加固化剂，手动搅拌均匀，得到填料/环氧树脂分散混合物。所述超声分散参数为：功率450瓦，温度25℃以下，超声分散0.6小时；所述挥发丙酮溶剂采用集热式磁力搅拌的方法，参数为：80℃，300-500转/分钟。
(2-2)将(2-1)所得填料/环氧树脂分散混合物抽真空脱出气泡，并进行固化反应，即得到高韧性、导热性环氧树脂复合材料，制备的高韧性、导热性环氧树脂复合材料韧性对比图如图1所示，热导率对比图如图2所示。所述抽真空时间为6分钟；所述固化过程包括两步：预固化与高温固化；预固化温度为80℃，预固化时间为0.5小时；高温固化为120℃，高温固化时间为6小时。
实施例3
一种环氧树脂复合材料，在环氧树脂中均匀分散有质量比为1.0％的纳米填料。所述纳米填料包括二维片状氮化硼，尺寸为30-50纳米；一维管状结构碳纳米管，直径8-15纳米，长度50微米。所述二维片状氮化硼与一维管状结构碳纳米管的质量比为1:1。所述环氧树脂复合材料，其韧性按照测试标准ISO 13586测试，断裂韧性为1.128MPa·m0.5；其导热性能按照测试标准ASTM E1530测试，导热系数为0.34W·m-1k-1。
一种环氧树脂复合材料，按照1:1比例，按照下述方法制备：
(1)称量一定质量的氮化硼与碳纳米管纳米材料(质量比例1:1)，分别加入300ml丙酮溶剂中，使填料在溶剂中均匀分散。
(2)将步骤(1)中分散均匀的填料混合，添加入环氧树脂中，均匀分散，除去分散溶剂，加入固化剂，混合均匀后除去气泡、固化，即得到所述环氧树脂复合材料。优选地，所述环氧树脂为双酚A型(E51)环氧树脂；所述固化剂为胺类固化剂(D230)，固化剂添加量与环氧树脂的质量比例为1：3.3。
其中步骤(1)的具体过程如下：
(1-1)分散：将称量好的质量比例1:1的二维片层结构氮化硼纳米片与一维碳纳米管分别加入一定量的溶剂中，超声波分散，使填料在溶剂中均匀分散。所述分散溶剂为丙酮溶剂；所述超声分散参数为：功率450瓦，温度25℃以下，超声分散3.5小时。
其中步骤(2)的具体过程如下：
(2-1)将分散完成的纳米填料氮化硼纳米片与碳纳米管混合，加入环氧树脂，利用超声波分散方法使填料均匀分散于环氧树脂中，将混合物加热并进行磁力搅拌，挥发混合物中的丙酮溶剂，残余纳米填料与环氧树脂的混合物；冷却后加入环氧树脂：固化剂为3.3:1的比例添加固化剂，手动搅拌均匀，得到填料/环氧树脂分散混合物。所述超声分散参数为：功率450瓦，温度25℃以下，超声分散0.8小时；所述挥发丙酮溶剂采用集热式磁力搅拌的方法，参数为：80℃，300-500转/分钟。
(2-2)将(2-1)所得填料/环氧树脂分散混合物抽真空脱出气泡，并进行固化反应，即得到高韧性、导热性环氧树脂复合材料，制备的高韧性、导热性环氧树脂复合材料韧性对比图如图1所示，热导率对比图如图2所示，断面扫描电镜显微图如图3所示。所述抽真空时间为6分钟；所述固化过程包括两步：预固化与高温固化；预固化温度为80℃，预固化时间为0.8小时；高温固化为120℃，高温固化时间为6小时。
实施例4
一种环氧树脂复合材料，在环氧树脂中均匀分散有质量比为3.0％的纳米填料。所述纳米填料包括二维片状氮化硼，尺寸为30-50纳米；一维管状结构碳纳米管，直径8-15纳米，长度50微米。所述二维片状氮化硼与一维管状结构碳纳米管的质量比为1:1。所述环氧树脂复合材料，其导热性能按照测试标准ASTM E1530测试，导热系数为0.57W·m-1k-1。断裂韧性为1.225MPa·m0.5。
一种环氧树脂复合材料，按照1:1比例，按照下述方法制备：
(1)称量一定质量的氮化硼与碳纳米管纳米材料(质量比例1:1)，分别加入300ml丙酮溶剂中，使填料在溶剂中均匀分散。
(2)将步骤(1)中分散均匀的填料混合，添加入环氧树脂中，均匀分散，除去分散溶剂，加入固化剂，混合均匀后除去气泡、固化，即得到所述环氧树脂复合材料。优选地，所述环氧树脂为双酚A型(E51)环氧树脂；所述固化剂为胺类固化剂(D230)，固化剂添加量与环氧树脂的质量比例为1：3.3。
其中步骤(1)的具体过程如下：
(1-1)分散：将称量好的质量比例1:1的二维片层结构氮化硼纳米片与一维碳纳米管分别加入一定量的溶剂中，超声波分散，使填料在溶剂中均匀分散。所述分散溶剂为丙酮溶剂；所述超声分散参数为：功率450瓦，温度25℃以下，超声分散3.5小时。
其中步骤(2)的具体过程如下：
(2-1)将分散完成的纳米填料氮化硼纳米片与碳纳米管混合，加入环氧树脂，利用超声波分散方法使填料均匀分散于环氧树脂中，将混合物加热并进行磁力搅拌，挥发混合物中的丙酮溶剂，残余纳米填料与环氧树脂的混合物；冷却后加入环氧树脂：固化剂为3.3:1的比例添加固化剂，手动搅拌均匀，得到填料/环氧树脂分散混合物。所述超声分散参数为：功率450瓦，温度25℃以下，超声分散0.8小时；所述挥发丙酮溶剂采用集热式磁力搅拌的方法，参数为：80℃，300-500转/分钟。
(2-2)将(2-1)所得填料/环氧树脂分散混合物抽真空脱出气泡，并进行固化反应，即得到高韧性、导热性环氧树脂复合材料，制备的高韧性、导热性环氧树脂复合材料热导率对比图如图2所示。所述抽真空时间为9分钟；所述固化过程包括两步：预固化与高温固化；预固化温度为80℃，预固化时间为0.8小时；高温固化为12℃，高温固化时间为6小时。
实施例5
一种环氧树脂复合材料，在环氧树脂中均匀分散有质量比为5.0％的纳米填料。所述纳米填料包括二维片状氮化硼，尺寸为30-50纳米；一维管状结构碳纳米管，直径8-15纳米，长度50微米。所述二维片状氮化硼与一维管状结构碳纳米管的质量比为1:1。所述环氧树脂复合材料，其导热性能按照测试标准ASTM E1530测试，导热系数为0.82W·m-1k-1，断裂韧性为1.112MPa·m0.5。
一种环氧树脂复合材料，按照1:1比例，按照下述方法制备：
(1)称量一定质量的氮化硼与碳纳米管纳米材料(质量比例1:1)，分别加入300ml丙酮溶剂中，使填料在溶剂中均匀分散。
(2)将步骤(1)中分散均匀的填料混合，添加入环氧树脂中，均匀分散，除去分散溶剂，加入固化剂，混合均匀后除去气泡、固化，即得到所述环氧树脂复合材料。优选地，所述环氧树脂为双酚A型(E51)环氧树脂；所述固化剂为胺类固化剂(D230)，固化剂添加量与环氧树脂的质量比例为1：3.3。
其中步骤(1)的具体过程如下：
(1-1)分散：将称量好的质量比例1:1的二维片层结构氮化硼纳米片与一维碳纳米管分别加入一定量的溶剂中，超声波分散，使填料在溶剂中均匀分散。所述分散溶剂为丙酮溶剂；所述超声分散参数为：功率450瓦，温度25℃以下，超声分散4小时。
其中步骤(2)的具体过程如下：
(2-1)将分散完成的纳米填料氮化硼纳米片与碳纳米管混合，加入环氧树脂，利用超声波分散方法使填料均匀分散于环氧树脂中，将混合物加热并进行磁力搅拌，挥发混合物中的丙酮溶剂，残余纳米填料与环氧树脂的混合物；冷却后加入环氧树脂：固化剂为3.3:1的比例添加固化剂，手动搅拌均匀，得到填料/环氧树脂分散混合物。所述超声分散参数为：功率450瓦，温度25℃以下，超声分散1小时；所述挥发丙酮溶剂采用集热式磁力搅拌的方法，参数为：80℃，300-500转/分钟。
(2-2)将(2-1)所得填料/环氧树脂分散混合物抽真空脱出气泡，并进行固化反应，即得到高韧性、导热性环氧树脂复合材料，制备的高韧性、导热性环氧树脂复合材料热导率对比图如图2所示。所述抽真空时间为8分钟；所述固化过程包括两步：预固化与高温固化；预固化温度为80℃，预固化时间为1小时；高温固化为130℃，高温固化时间为5小时。
测试分析：
对实例1-5提供的环氧树脂复合材料进行了韧性与热导率的测试，结果如图1、图2所示。
根据实验结果显示，当氮化硼与碳纳米管混合填料质量分数为0.2％时，环氧树脂的断裂韧性为0.979MPa·m0.5，较纯净环氧(0.597MPa·m0.5)有较大的提升，性能提升百分比为63.99％，当继续添加氮化硼与碳纳米管混合填料时，环氧树脂的断裂韧性几乎没有较大的提升，这说明当氮化硼与碳纳米管混合填料质量比为0.2％时，形成立体力承载网络，增强环氧树脂有较高的效率。当氮化硼与碳纳米管混合填料质量分数为5％时，,环氧树脂的导热系数为0.82W·m-1k-1，导热率迅速增加，说明当混合填料为5％时，达到体系导热逾渗值，形成完整的导热通道。这说明氮化硼与碳纳米管纳米材料有较大的协同效应，可以通过极低百分比的纳米填料有效改善环氧树脂韧性差及导热性差的问题。证明本发明提供的多尺度纳米填料改性的高韧性与高导热性环氧树脂复合材料是一种效率高、成本低且兼具高韧性与高导热性的高性能胶黏剂材料，在航空航天领域有很高的应用价值。

Claims (9)

1.一种高韧性、导热性环氧树脂复合材料，其特征在于，原料组分包括环氧树脂、纳米填料与固化剂，所述的纳米填料为二维片层结构氮化硼和一维管状碳纳米管的混合物，二者按质量比为二维片层结构氮化硼：一维管状碳纳米管＝(0.5-1.5):(1-1.5)，所述的纳米填料加入量为环氧树脂质量的0.2-5％，所述的固化剂加入量与环氧树脂质量比为环氧树脂：固化剂＝1:(3-4)，所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂。
2.根据权利要求1所述的高韧性、导热性环氧树脂复合材料，其特征在于，所述的环氧树脂为E-51型、E-55型、E-44型或E-42型中的一种。
3.根据权利要求1所述的高韧性、导热性环氧树脂复合材料，其特征在于，所述的二维片层结构氮化硼尺寸为30-50nm，所述的一维管状碳纳米管平均直径为8-15nm，长度45-55um。
4.根据权利要求1所述的高韧性、导热性环氧树脂复合材料，其特征在于，按质量比为二维片层结构氮化硼：一维管状碳纳米管＝1:1；按质量比为环氧树脂：固化剂的＝1:3.3。
5.根据权利要求1所述的高韧性、导热性环氧树脂复合材料，其特征在于，所述的固化剂为胺类固化剂，型号为D230。
6.根据权利要求1所述的高韧性、导热性环氧树脂复合材料，其特征在于，所述的高韧性、导热性环氧树脂复合材料断裂韧性为0.979-1.225MPa·m0.5，导热系数为0.21-0.82W·m-1k-1。
7.权利要求1所述的高韧性、导热性环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按质量比，分别取环氧树脂，二维片状氮化硼和一维管状碳纳米管，将氮化硼与碳纳米管分别溶于丙酮溶剂中，溶解分散，获得分散均匀的氮化硼填料溶液与碳纳米管填料溶液；
(2)将氮化硼填料溶液与碳纳米管填料溶液添加入环氧树脂中，均匀分散后，去除溶剂，加入固化剂，混合均匀后，进行固化，制得高韧性、导热性环氧树脂复合材料。
8.根据权利要求7所述的高韧性、导热性环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，分散方式为超声分散，溶剂为丙酮，所述的超声分散参数为：功率450W，温度25℃，超声分散时间3-4h。
9.根据权利要求7所述的高韧性、导热性环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤(2)中：
氮化硼填料溶液与碳纳米管填料溶液添加入环氧树脂后的分散方式为超声分散，超声参数为：功率450W，温度25℃，超声分散时间0.5-1h；
所述的溶剂去除方式为集热式磁力搅拌加热，温度为80℃，转速为300-500r/min，溶剂去除后，冷却至室温，再加入固化剂；
固化前进行抽真空脱泡处理后，进行固化反应，所述的抽真空时间为5-10min，所述的固化方式为预固化+高温固化方式，所述的预固化温度为80℃，预固化时间为0.5-1h，高温固化温度为110-130℃，高温固化时间为5-8h。
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