[发明专利]一种耐高温导热阻燃纳米复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐高温导热阻燃纳米复合材料的制备方法，属复合材料技术领域。

背景技术

作为热固性树脂，环氧树脂以其优良的综合性能，较好的粘结性、良好的力学性、固化收缩率小、良好的工艺性、优良的电性能、稳定性好等，被广泛用于化工防腐，电子封装等领域，是一种理想的复合材料基体。但是固化后的环氧树脂存在交联密度高、内应力大、质脆、导热性能差等缺点。通常采用化学改性引入其他基团改善性能，或者添加理想固化剂等改善环氧树脂的性能。

有机硅具有热稳定性好、低表面能、低温柔韧性等优点，利用有机硅改性环氧树脂既能降低环氧树脂的内应力，又能增强环氧树脂的韧性、耐高温性能。碳纳米管具有良好的传热性能，其导热系数高达1000w/（m•k）以上，远高于各类金属。这是由于碳纳米管具有非常大的长径比，其沿着长度方向的热交换性能很高，相对的其垂直方向的热交换性能较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料。如果在有机硅改性环氧树脂中掺杂部分碳纳米管，其热导率也可能会得到很大的改善。POSS/聚合物复合材料是最新发展起来的纳米复合材料，其制备方法独特，形成的复合材料性能优异，如耐热、阻燃、硬度高、耐刮擦等。研究表明单一纳米材料不足以满足特殊复合材料的要求。为了有效优化聚合物基复合材料的阻燃、耐热、力学性能。

发明内容

本发明的目的是，为了获得具有优异的阻燃、耐热、力学性能的复合材料，提供一种耐高温导热阻燃纳米复合材料的制备方法。

实现本发明的技术方案，本发明将碳纳米管、POSS引入树脂基体, 制备碳纳米管/POSS/有机硅改性环氧树脂纳米复合材料。

本发明一种耐高温导热阻燃纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）碳纳米管的表面处理：将碳纳米管分散于无水乙醇和硝酸的混合溶液中，超声分散处理一段时间，去离子水洗涤至呈中性，用聚四氟乙烯微孔滤膜过滤出碳纳米管，将其放入真空干燥箱中干燥。最后，采用硅烷偶联剂KH-560(γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷)对酸化处理后的碳纳米管其进行表面处理。

（2）POSS的制备：将具有三官能团的烷氧基有机硅混合物，氢氧化钾催化水解反应，反应结束后得到白色粉末产物，经处理之后即可得到产物POSS。

（3）将经表面处理的碳纳米管与POSS与预制的有机硅改性环氧树脂复合，经添加固化剂，加热固化制得碳纳米管/POSS/有机硅改性环氧树脂纳米复合材料。

所述硝酸的浓度为1mol/L。

制备POSS所选择的碱性催化剂为氢氧化钾溶液，浓度为1.5mol/L。

所述碳纳米管为单壁碳纳米管，管径为直径<6nm、长度为1-100μm之间的单壁碳纳米管。

所述固化剂为二月桂酸二丁基锡。

所述碳纳米管/POSS/有机硅改性环氧树脂纳米复合材料固化方式为100℃下加热0.5小时，之后升温至150℃下继续加热0.5小时完成固化。

所述单壁碳纳米管的表面处理方法如下：

（1）单壁碳纳米管酸化处理：

将10.0克单壁碳纳米管分散于70.0无水乙醇和5克浓度为1mol/L硝酸的混合溶液中，超声分散2.0小时之后，用去离子水洗涤至呈中性，用聚四氟乙烯微孔滤膜过滤出单壁碳纳米管，最后将其放入100℃的真空干燥箱中干燥24小时待用；

（2）单壁碳纳米管的表面有机化处理：

预置反应温度为60℃，在强烈搅拌下，将5.0克γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷加入预先盛有30克无水乙醇和5克酸化处理后的单壁碳纳米管的三口瓶中，在搅拌下向三口瓶中缓慢滴入10.5克去离子水，1小时内滴加完毕；再将单壁碳纳米管从三口瓶中过滤出，将其放入100℃的真空干燥箱中干燥12小时待用。

所述步骤（2）中POSS的制备流程如下：

将三口烧瓶置于油浴中，依次加入60克无水乙醇、10克苯基三甲氧基硅烷、30克乙烯基三甲氧基硅烷和50克蒸馏水、4克1.5mol/L的氢氧化钾乙醇溶液；80℃回流反应3h，升温至100℃继续回流反应12小时；过滤收集白色粉末状固体，用无水乙醇洗涤3次，真空干燥，得到产物POSS。