[发明专利]一种碳纳米管改性涂料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种涂料，尤其涉及一种碳纳米管改性涂料及其制备方法与应用。

背景技术

硅氧玻璃纤维属于特种玻璃纤维，它的SiO₂通常是由钠硼硅酸盐玻璃纤维经热酸萃取(沥滤)，除掉硅以外杂质，后经烧结而成。高硅氧玻璃纤维强度很低，仅为E玻璃纤维的1/10，但是它的耐高温性能非常好，可在900℃下长期使用，短时间可耐1200℃的高温，并具有良好的耐磨性与绝缘性能。因其是一种优良的耐烧蚀和隔热材料，在国防、航天、黑色及有色金属熔体净化过滤方面取得应用。这种纤维和普通纤维一样，具有高强度、模量高、耐腐蚀、成本低等优点，并可加工成砂、布、网、带、绳、短切纤维、磨碎纤维等各种形态产品，供用户选择。

高硅氧玻璃纤维强度很低，且由于在制备过程中使用酸沥滤技术，在制备得的成品表面会有许多孔洞残留，形成缺陷，表面积下降，使得高硅氧玻璃纤维的强度进一步降低。纤维的表面光滑、容易吸附水膜、与高分子树脂黏合力很差。另外还有不耐磨、易脆、伸长率小的缺点。

少量碳纳米管能明显提高复合材料界面剪切强度，并在纤维/环氧树脂界面上可以起到齿轮咬合的作用，提高树脂与纤维界面的拉伸应力，亦即玻璃纤维与树脂的黏结强度。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的是提供一种碳纳米管改性涂料及其制备方法，第二目的是提供一种应用该涂料的具有较高强度、耐高温性、耐腐蚀的碳纳米管改性高硅氧玻璃纤维及其制备方法。

技术方案：本发明所述的一种碳纳米管改性涂料，包括以下质量百分比的物料制成：碳纳米管0.3-0.5％、烷基酚聚氧乙烯醚OP-10 0.35-0.5％、双氰胺甲醛树脂3-3.5％、双酚A型聚酯树脂3-3.5％，其余为去离子水。

所述的碳纳米管改性涂料的制备方法主要包括以下步骤：

(1)将碳纳米管加入15-17mol/L的浓硝酸在90-110℃下搅拌11-13h后离心，并取出碳纳米管清洗多次后加去离子水得到12-13g/L碳纳米管分散液；

(2)将碳纳米管分散液与烷基酚聚氧乙烯醚OP-10在蒸馏水中混合超声分散2-2.5h，得到分散好的碳纳米管溶液；

(3)将双氰胺甲醛树脂和双酚A型聚酯树脂加入分散好的碳纳米管溶液中，混合搅拌0.5-1h得到碳纳米管改性涂料。

其中，所述步骤(1)中清洗后的碳纳米管直径为20-40nm，纯度为95-98％。

一种碳纳米管改性高硅氧玻璃纤维的制备方法主要包括如下步骤：

(1)按上述的方法制备得到碳纳米管改性涂料；

(2)将玻璃配合料放入全电窑炉中在1300-1600℃下进行熔制成高硅氧球；

(3)将高硅氧球在1180-1300℃下进行二次熔制并拉丝形成玻璃纤维，将碳纳米管改性涂料涂覆在玻璃纤维表面，制成丝筒，此步骤可采用坩埚窑将高硅氧球直接拉丝形成玻璃纤维，并在卷丝机带动下(卷丝机转速4000-4100r/min)，经过滚动的涂油器，均匀地一次性把碳纳米管改性涂料涂覆在玻璃纤维表面；

(4)将丝筒进行酸沥滤，除去硅以外的杂质，使二氧化硅含量达到96％以上；

(5)清洗丝筒除去表面盐酸溶液，并烘干；

(6)将丝筒烧结，使其微孔闭合；

(7)将浸润剂喷涂在丝筒表面进行后表面处理，烘干后得到碳纳米管改性高硅氧玻璃纤维，其中，烘干时间控制在10-60min，可根据涂料配合比的改变进行不同程度调节。

其中，所述玻璃配合料主要以SiO₂-B₂O₃-Na₂O三元系统为原始玻璃成分。

进一步的，所述步骤(3)中玻璃纤维直径为10-15μm。

进一步的，所述步骤(4)中酸沥滤的溶液为浓度5-15％的盐酸，酸沥滤温度为50-100℃，时间为0.5-40h。

进一步的，所述步骤(6)中烧结温度为600-800℃。

进一步的，所述步骤(7)中浸润剂为氧化铬或蛭石添加偶联剂。

一种碳纳米管改性高硅氧玻璃纤维，该碳纳米管改性高硅氧玻璃纤维通过上述碳纳米管改性高硅氧玻璃纤维的制备方法制得。