[发明专利]一种各向异性导电环氧树脂复合材料的制备方法

说明书

本发明提供一种各向异性导电环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)将碳纳米纤维酸化处理，使其表面接枝羟基和羧基得到氧化碳纳米纤维；2)将导电聚合物聚苯胺采用原位聚合方法包覆在氧化碳纳米纤维表面，得到聚苯胺包覆的碳纳米纤维PANi‑CNFs；3)将化学合成的磁性纳米粒子Fe₃O₄物理吸附于聚苯胺包覆的碳纳米纤维表面，即得到电磁功能化的Fe₃O₄‑PANi‑CNFs纳米粒子；4)将Fe₃O₄‑PANi‑CNFs纳米粒子均匀分散于环氧树脂中，施加外磁场作用，使纳米粒子的磁偶极矩沿外加场的方向取向排布，待环氧树脂固化后即制得具有各向异性的导电环氧树脂复合材料。该方法可以制得原料廉价、材料导电性良好的各向异性环氧树脂复合材料。

技术领域

本发明属于电化学材料技术领域，具体涉及一种各向异性导电环氧树脂复合材料的制备方法。

背景技术

导电聚合物与金属材料相比，具有质量轻、成型容易、导电范围广等优点。导电聚合物基复合材料可以分为本身可以导电的结构型(或本征型)导电聚合物基复合材料和本身不导电，通过添加导电填料制备的添加型(或复合型)导电聚合物基复合材料。相比结构型导电复合材料，添加型导电复合材料具有性能稳定，导电性能、机械性能和综合性能可以通过添加不同的导电填料和其他功能填料来任意调节，且复合材料具有成型工艺简单、生产成本较低等优点。导电复合材料应用广泛，主要应用集中于电极材料、防静电材料、电子封装材料、电磁屏蔽材料、防腐材料等领域。70年代，Kirkpatrick、Zallen等首先将渗逾理论用来描述复合导电体系与导电填料浓度对宏观导电复合材料的电阻率之间的关系解释，且建立了经典的统计渗逾模型和渗逾理论方程。因此，如何选用合适的添加型来制得性能优良的导电环氧树脂是本领域技术人员研究的热点。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种性能优良的各向异性导电环氧树脂复合材料的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种各向异性导电环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将碳纳米纤维酸化处理，使其表面接枝羟基和羧基得到氧化碳纳米纤维；

2)将导电聚合物聚苯胺采用原位聚合方法包覆在碳纳米纤维表面，得到聚苯胺包覆的碳纳米纤维PANi-CNFs；

3)将化学合成的磁性纳米粒子Fe₃O₄物理吸附于聚苯胺包覆的碳纳米纤维表面，即得到电磁功能化的Fe₃O₄-PANi-CNFs纳米粒子；

4)将Fe₃O₄-PANi-CNFs纳米粒子均匀分散于环氧树脂中，施加外磁场作用，使纳米粒子的磁偶极矩沿外加场的方向取向排布，待环氧树脂固化后即制得具有各向异性的导电环氧树脂复合材料。

上述方案中，步骤1)中所述碳纳米纤维酸化的具体步骤为：将碳纳米纤维材料分散于浓硝酸(68wt％)中，于室温磁力搅拌，经过滤洗涤干燥制得O-CNFs。

上述方案中，所述碳纳米纤维材料的纤维直径150～200nm，长度10～30μm。

上述方案中，步骤2)中将导电聚合物聚苯胺采用原位聚合方法包覆在碳纳米纤维表面的具体过程为：

(1)将步骤1)得到的O-CNFs经超声分散于HCl溶液中，搅拌，得到碳纳米纤维的HCl溶液；

(2)按苯胺单体:CNFs质量比为1:2～3:1选取苯胺单体，将苯胺单体溶于HCl溶液中得到苯胺的HCl溶液；

(3)按过硫酸铵：苯胺单体的摩尔比为1:1选取过硫酸铵，将过硫酸铵溶于HCl溶液中，得到过硫酸铵的HCl溶液；