[发明专利]一种纳米金刚石/环氧树脂复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料制备领域，涉及纳米金刚石表面修饰，以及环氧树脂纳米复合材料制备方法。

背景技术

环氧树脂是一种综合性能优异的高分子材料，广泛应用于涂料、复合材料、电子电气、粘合剂，航天航空等领域，但也存在韧性、耐疲劳性、耐热性较低等缺点，使其难以满足工程技术的要求，应用受到一定限制。

纳米金刚石粉末是相对廉价的碳类纳米材料，其保留着金刚石的优良物理特性，超高的化学稳定性以及良好的生物相容性。用纳米金刚石改性环氧树脂，有助于提高环氧树脂的机械性能。近年来，国内外对纳米金刚石的研究主要集中在对其制备、分散、生物医学和聚合物基质复合材料上。Ayatollahi等（M.R.Ayatollahi,E.Alishahi,et al.Mechanical behavior of nanodiamond/epoxy nanocomposites.Letters in Fracture and Micromechanics,2011,170:95-100.）和翟玉军等（Yu-Jun Zhai,Zhi-Cai Wang,et al.Improved mechanical properties of epoxy reinforced by low content nanodiamond powder.Materials Science and Engineering A,2011,528:7295-7300）研究了氧化的纳米金刚石对环氧树脂机械性能的影响。以上文献都是将纳米金刚石直接加入到环氧树脂或者环氧树脂丙酮溶液中，而没有预先制备纳米金刚石悬浮液。同济大学王国建等（一种高性能环氧树脂复合材料的制备方法,CN101104725A,2008,01,16.）发明了一种碳纳米管环氧树脂复合材料的制备方法，费金华（环氧树脂纳米复合材料制备方法，CN102838832A,2011,06,22.）对纳米粒子环氧树脂复合材料的制备进行了说明。以上发明都未涉及纳米金刚石环氧树脂复合材料的制备。

本发明旨在对纳米金刚石表面进行修饰，提高纳米金刚石与环氧树脂的相互作用力，达到提高环氧树脂机械性能的目的。在该过程中，纳米金刚石始终置于四氢呋喃中保存，省去干燥过程，避免了干燥过程引起的团聚，该过程也有对溶剂的回收循环利用，对环境保护具有一定意义。

技术内容

本发明的目的在于提供一种工艺相对简单、易操作、对环境无害的纳米金刚石/环氧树脂复合材料的制备方法。该方法通过对纳米金刚石进行表面修饰，制备携带氨基的纳米金刚石。在搅拌分散作用下，纳米金刚石表面上的氨基与环氧树脂中的环氧基团发生化学交联反应，由于在整个过程中，纳米金刚石始终保存在四氢呋喃中，避免了干燥过程引起的团聚；并且先制备纳米金刚石悬浮液，使纳米金刚石与环氧树脂在介质中更加充分的混合，从而提高纳米金刚石与环氧树脂的相互作用力。

本发明的技术方案为：

一种纳米金刚石/环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于：

第一步：将纳米金刚石与混酸混合，其配比为质量比纳米金刚石：混酸＝1：40-500，20-50℃超声分散1-10h后，在60-80℃水浴中反应12-48h，先后用水和四氢呋喃将羧酸化的纳米金刚石洗涤，然后按1g金刚石：5-100mL四氢呋喃的比例，将羧酸化纳米金刚石置于四氢呋喃中，超声分散，得到羧酸化纳米金刚石-四氢呋喃悬浮液；

第二步：将上步得到的羧酸化纳米金刚石-四氢呋喃悬浮液和酰氯化试剂按体积比1:0.1-1混合，50-80℃油浴加热，先常压蒸馏回收四氢呋喃，然后搅拌回流12-48h，用无水四氢呋喃洗涤除去酰氯化试剂，得到酰氯化的纳米金刚石，然后按1g金刚石：5-100mL四氢呋喃的比例，将酰氯化纳米金刚石置于四氢呋喃中，超声分散，得到酰氯化纳米金刚石-四氢呋喃悬浮液；

第三步：将酰氯化纳米金刚石-四氢呋喃悬浮液与胺化试剂按体积比1:0.1-1混合，60-100℃油浴加热，先常压蒸馏回收四氢呋喃，然后搅拌回流12-48h，用无水四氢呋喃洗涤，然后按1g金刚石：5-100mL四氢呋喃的比例，将胺化纳米金刚石置于四氢呋喃中，超声分散，得到胺化纳米金刚石-四氢呋喃悬浮液；

第四步：将环氧树脂与上述胺化纳米金刚石悬浮液按100g：50-1000mL搅拌混合，常压蒸馏回收四氢呋喃，再减压蒸馏除去剩余少量四氢呋喃；

第五步：按环氧树脂：固化剂质量比100:9-30，向纳米金刚石环氧树脂体系中加入固化剂混合均匀，浇入模具中，抽真空除去气泡，经程序控温固化得到纳米金刚石环氧树脂复合材料。