談多功能高性能環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備

常楊軍(江蘇泰特爾新材料科技有限公司，江蘇 泰州 225400)

0 引言

19世紀末，德國化學(xué)家lindmann以及Prileschajew在實驗室合成出了環(huán)氧樹脂，內(nèi)環(huán)氧樹脂的研究與發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。20世紀50年代，美國公司成為代表，將環(huán)氧樹脂產(chǎn)業(yè)工業(yè)化，此后環(huán)氧樹脂的行業(yè)不斷快速發(fā)展，環(huán)氧樹脂成為三大熱固性樹脂中的市場需求量最大的，并且應(yīng)用最廣泛的新型復(fù)合材料。市場對環(huán)氧樹脂的需求量大，但我國環(huán)氧樹脂發(fā)展產(chǎn)業(yè)起步較晚，發(fā)展較緩慢，相對于歐美的環(huán)氧樹脂企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)較差，我國的環(huán)氧樹脂技術(shù)具有強大的潛力。因此，我國應(yīng)不斷發(fā)展并創(chuàng)新環(huán)氧樹脂生產(chǎn)技術(shù)，希望此篇文章對我國環(huán)氧樹脂生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展可以提供幫助。

1 功能高性能環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的所用材料

多功能，高效能的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制備方法的特征在于，首先是將碳納米管一次的進行羧氧化，再進行酰氧化。通過芳香族的多元酸酐化合物進行修飾，在利用超聲波的震蕩以及其高速攪拌的功能，將碳納米管進行分散處理，是碳納米管分散于環(huán)氧樹脂當(dāng)中，最后在進行酸酐類固化，進行固化劑處理，最后得到環(huán)氧樹脂多功能高效能的復(fù)合材料。

例如，對碳納米管進行酸化處理，將一重量份的氧化或羥基化納米管在極性有機溶劑進行冰浴，在進行冰浴時慢慢進行攪拌。攪拌的同時，加入1到100重量份的芳香族酸酐化物。滴加完畢后，將溫度升至100～150℃內(nèi)，讓其進行回流。在3～12h時間內(nèi)用極性的有機溶劑將，未進行反應(yīng)的芳香族酸酐化合物進行處理。在40～8℃下的真空干燥，的環(huán)境內(nèi)對有效性成分進行處理，最終得到帶有酸感集團的碳納米管。

在對其固化反應(yīng)處理時，將帶有有效性成分的酸桿集團的碳納米管，加入到80～100重量份的環(huán)氧樹脂材料中進行混合處理。在60～100℃，并且有超聲波分散的環(huán)境當(dāng)中，放置1～12h，再次加入40～50重量份的有有效性有機酸酐類固化劑，等其完全融合后，將以上制作成的固化體系倒入到模具當(dāng)中。在真空的條件下進行除泡處理，并且在100～250℃的溫度下進行固化成型處理，最終得到環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。在進行碳納米管的羥基化處理過程中，需要將一重量份的酰氯化碳納米管，與一致50重量份的多元胺進行混合處理。在50～150℃的溫度下進行攪拌，保證其回流時間必須達到12～96h。在以上步驟完成后，用極性的有機溶液劑，將未進行反應(yīng)的小分子的胺或醇洗去。在40～80℃的真空環(huán)境下進行干燥處理，時間必須達到三小時以上，但不可超過12h。對碳納米管的處理，包括催化裂解，電弧放電以及激光蒸發(fā)的方法進行單壁，雙壁以及多壁的碳納米管進行制備。

最終得到多功能的有效環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，保證環(huán)氧樹脂復(fù)合材料中修飾碳納米管的用量占到總用量的0.2至1Wt%

2 多功能高性能環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法

多性能環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制備發(fā)明屬于納米材料技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域，環(huán)氧樹脂的高性能發(fā)展，需要高性能的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制備方法更加簡單，通過賦予碳納米管的反應(yīng)活性，對碳納米管上的酸桿集團與環(huán)氧樹脂中的，使其混合發(fā)生化學(xué)性的反應(yīng)，從而提高對碳納米管中的環(huán)氧樹脂的分散，最終得到高效能、多功能的，環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。利用的技術(shù)方法是一種對表面結(jié)構(gòu)材料涂鴉或是粘合劑等環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的技術(shù)制備方法。

例如，方法一。首先用平均管徑為八毫米到15mm，長度為50μm的500mg的多壁碳納米管與150mL的，硫酸與硝酸的混合液進行混合處理。其中對于硫酸的要求必須是98%的硫酸，對于硝酸的要求必須是68%的硝酸，并對符合要求的硝酸硫酸進行1:3的混合。在35～40℃的環(huán)境下，采取回流反應(yīng)處理至少4h。接著用孔徑為0.45μm的篇幅么進行過濾處理，接著用水洗將其洗至其pH值呈中性。將棋得到的產(chǎn)物放置于真空的烘焙相當(dāng)中，是紅背鄉(xiāng)的環(huán)境處于40℃以下的真空干燥環(huán)境24h。接著在進行上上述步驟進行酸化處理，并將其洗凈，將最終的產(chǎn)物放置于硫酸與二氧化氫的混合液當(dāng)中(將98%硫酸與30%的二氧化氫以4:1的比例進行配置的混合液中)在環(huán)境溫度處于70℃以下的環(huán)境中進行回流兩個小時。重復(fù)以上步驟將產(chǎn)物最后，放置于真空烘箱當(dāng)中，在40℃的真空干燥環(huán)境下，在進行干燥處理24h。第二步，將上述已經(jīng)進行酸化處理的碳納米管的400mg放置于反應(yīng)瓶中，在反映瓶里面加入20mL的亞硫酰氯和一毫升的DMF，在70℃以下的環(huán)境中進行攪拌回流24h。將得到的混合液進行過濾，并用四氫氟呋喃的pH值進行洗滌至中性，得到所需的酰氯化的碳納米管。第三步將0.2g羥氯化鈉碳米管與30g的乙二胺進行均勻的混合處理，在96℃，油浴中進行加熱回流，36h的處理。在反應(yīng)結(jié)束后，用無水乙醇進行超聲處理，洗去多余的胺，再用直徑為0.45mm的微孔濾膜進行過濾處理。為保證其真空干燥環(huán)境，必須重復(fù)清理多次，最終得到表面帶有廣基的碳納米管。 將400mg的廣積碳納米管，與二甲基亞砜進行融合處理，在超聲處震蕩中處理30min，加入四克的均苯四甲酸二酐，在此溶液中加入一毫升的催化劑濃硫酸，將濃硫酸與溶液進行攪拌處理，在90℃以下進行氮氣保護，磁力攪拌，使其反應(yīng)時間達到48h，最終達到表面含有酸感集團的納米管。第四步在60℃以下取，30g的E-51型環(huán)氧樹脂，進行預(yù)熱處理。預(yù)熱處理當(dāng)過程中按照總量的1wt%取均苯四酸二酐修飾的30g的碳納米管，加入預(yù)熱的環(huán)氧樹脂中，強力進行攪拌八小時，在超聲波中進行分散中4h，是混合液均勻混合。最后加入16g的固化劑鄰苯二甲酸酐，利用機械進行攪拌，使固化劑均勻溶入溶液中。將最后得到的溶液置于真空烘箱中進行50℃以下的真空除泡，在澆注后進行200℃下的固化一小時處理，一小時后進行脫模，最終得到環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。

例如，方法二。第一步與第二步，按照方法一中所述的方法進行配制氯化碳納米管。方法二中的第三步將0.2g的酰氯化鈉米管，與30g的乙二醇進行均勻混合處理，在96℃的油浴中進行預(yù)熱處理，回流36h。在反應(yīng)完成后，用直徑0.5μm的微孔濾膜進行過濾，保證其真空干燥的環(huán)境下，得到表面帶有羥基的碳納米管。再將400mg的羥基碳納米管融入于二甲基亞砜中。江西進行超聲波振蕩處理30min，再加入四克的丙酮四酸二桿，進行催化處理加入一毫升的催化劑濃硫酸，在90℃下進行均勻攪拌處理，在反應(yīng)時間為48h后，得到表面含有酸感集團的碳納米管。第四部，30g的E-51型環(huán)氧樹脂，在60℃的溫度下進行預(yù)熱處理，預(yù)熱處理當(dāng)過程中按照總量的1wt%取丙酮四酸二酐修飾的30g的碳納米管，加入預(yù)熱的環(huán)氧樹脂中，強力進行攪拌八小時，在超聲波中進行分散中4h，是混合液均勻混合。最后加入16g的固化劑鄰苯二甲酸酐，利用機械進行攪拌，使固化劑均勻溶入溶液中。將最后得到的溶液置于真空烘箱中進行50℃以下的真空除泡，在澆注后進行200℃下的固化1h處理，一小時后進行脫模，最終得到環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。

例如，方法三。按上述方法，一中進行1至3步的處理，按方法一中所述的方法制備均勻的苯四甲酸二酐修飾的碳納米管。第四步，第四步在60℃以下取，30g的E-51型環(huán)氧樹脂，進行預(yù)熱處理。預(yù)熱處理當(dāng)過程中按照總量的1wt%取均苯四酸二酐修飾的30g的碳納米管，加入其預(yù)熱的環(huán)氧樹脂中，強力進行攪拌八小時，在超聲波中進行分散中4h，是混合液均勻混合。最后加入16g的固化劑二苯醚四酸二酐，利用機械進行攪拌，使固化劑均勻溶入溶液中。將最后得到的溶液置于真空烘箱中進行50℃以下的真空除泡，在澆注后進行200℃下的固化一小時處理，一小時后進行脫模，最終得到環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。

3 多功能高性能環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備結(jié)果分析

碳納米管具有極強的彈性，可以作為超級纖維。碳納米管將什么的半金屬性質(zhì)與電磁波的量子規(guī)律進行結(jié)合，達到納米級的精確尺度，使其在電子學(xué)的領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分廣闊。環(huán)氧樹脂復(fù)合材料是環(huán)氧樹脂與碳納米管復(fù)合形成的多項體系材料。其具有環(huán)氧樹脂量好的粘合性能，介電性能以及耐腐蝕性能等，并且與碳納米管的高模量導(dǎo)熱導(dǎo)電等特點進行結(jié)合，技術(shù)不斷提高應(yīng)用范圍逐漸廣泛。

通過基礎(chǔ)材料的良好匹配與協(xié)作，不斷展現(xiàn)出新型材料的優(yōu)異功能，應(yīng)不斷了解并研究發(fā)展成果，不斷拓展延伸環(huán)氧樹脂的應(yīng)用領(lǐng)域。

例如，環(huán)氧樹脂材料應(yīng)用于，航天航空領(lǐng)域，通過利用環(huán)氧樹脂的力學(xué)性良好的特點，利用環(huán)氧樹脂材料制造噴氣式發(fā)動機的零件。在民用工業(yè)中，利用環(huán)氧樹脂，高效能的優(yōu)點，制造要求高的增強塑料制品工藝，應(yīng)用于玻璃制品的模具以及防腐制品之中。通過選擇不同的固化劑，利用環(huán)氧樹脂多變的性能特點，不斷通過提高自身性能，加入共混物開發(fā)新型的環(huán)氧樹脂固化劑。利用環(huán)氧樹脂的良好性能，不斷調(diào)整共混劑制備方法，調(diào)整交聯(lián)劑比例，對其剛性的網(wǎng)絡(luò)的運行能力進行改善。將環(huán)氧樹脂運用到熱塑材料中，使其形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)材料。利用制備的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，全面提高產(chǎn)品的耐熱度以及其韌性強度，不斷通過發(fā)揮零維納米二氧化鈦和二維有機蒙脫土的優(yōu)勢，與環(huán)氧樹脂復(fù)合材料進行相互調(diào)節(jié)，發(fā)揮材料的整體性能。日常生活品中，利用環(huán)氧樹脂的電阻過大，具有良好的絕緣效果，并且其固化后的環(huán)氧樹脂機體呈現(xiàn)三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)緊密的優(yōu)點，不斷應(yīng)用于對于電子器件的包裹，以及絕緣材料的應(yīng)用領(lǐng)域。

4 結(jié)語

環(huán)氧樹脂性能具有多樣性，固化劑和添加劑種類，較多可以相互交叉獲得，性能的多樣性。環(huán)氧樹脂具有優(yōu)異的機械性能，良好的耐熱性能以及高強度的粘結(jié)性能，但同樣擁有性能上的缺點，由于環(huán)氧樹脂固化后，交聯(lián)密度過大，機體內(nèi)應(yīng)力過高，才導(dǎo)致環(huán)氧樹脂韌性較差，耐疲勞性于乃沖擊力度較弱，這些缺點缺點限制了環(huán)氧樹脂的應(yīng)用范圍，科學(xué)家與研究者應(yīng)不斷進行深入的了解與研究，得到更具有綜合性的優(yōu)異的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，為人類生活提供更加便利的支持。