硅烷偶聯(lián)劑改性CB/CFDSF/AG?80環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種硅烷偶聯(lián)劑改性CB/CFDSF/AG?80環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法，該方法主要包括對炭黑(CB)采用硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行改性處理的第一步驟，對碳纖維雙層間隔織物(CFDSF)進(jìn)行表面清洗及表面改性處理的第二步驟以及將配制改性CB/AG?80環(huán)氧樹脂體系溶液對CFDSF進(jìn)行澆筑及熱固化的第三步驟，通過本發(fā)明專利技術(shù)上述制備步驟及其具體的工藝參數(shù)制備得到了兼具有良好導(dǎo)電性能、熱力學(xué)性能且對導(dǎo)電材料用量少的硅烷偶聯(lián)劑改性CB/CFDSF/AG?80環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其改性炭黑在基體中均勻分布，該復(fù)合材料具有良好的導(dǎo)電穩(wěn)定性，能夠廣泛適用于電子、靜電防護(hù)、電磁屏蔽、微波吸收等領(lǐng)域。

Preparation method of silane coupling agent modified CB/CFDSF/AG 80 epoxy resin composite material

The invention relates to a preparation method of silane coupling agent modified CB/CFDSF/AG 80 epoxy resin composite material, the method includes a first step of carbon black (CB) was modified by silane coupling agent, the carbon fiber double spacer fabric (CFDSF) third steps second steps of surface cleaning and surface modification processing and preparation of modified CB/AG 80 epoxy resin system solution for pouring and curing of CFDSF, the invention of the preparation steps and process parameters for concrete prepared has good conductive properties, thermodynamic properties of silane coupling agent and conductive material with low dosage of modified CB/CFDSF/AG 80 epoxy resin the composite material, the modified carbon black was uniformly distributed in the matrix, the composite material has good conductive stability, can be widely used in electronics, anti-static, electromagnetic shielding Microwave absorption and other fields.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
硅烷偶聯(lián)劑改性CB/CFDSF/AG-80環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法
本專利技術(shù)涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種硅烷偶聯(lián)劑改性CB/CFDSF(碳纖維雙層間隔織物)/AG-80環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及其制備方法。
技術(shù)介紹
隨著電子科技產(chǎn)業(yè)的日新月異,對具有良好導(dǎo)電性能的功能性復(fù)合材料的需求也越來越大。由于導(dǎo)電復(fù)合材料具有質(zhì)量輕、無銹蝕、尺寸穩(wěn)定性好、電導(dǎo)率在較大范圍內(nèi)可調(diào)的特點(diǎn)，同時還易于加工成各種復(fù)雜的形狀且易于大批量工業(yè)化生產(chǎn)，因而其在靜電防護(hù)、電磁屏蔽、微波吸收等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。目前常見的導(dǎo)電復(fù)合材料通常以高分子為其基體,同時加入碳系材料、金屬填料等導(dǎo)電物質(zhì),經(jīng)過物理或化學(xué)的方法進(jìn)行復(fù)合，得到既具有一定導(dǎo)電性能又具有良好力學(xué)性能的多相復(fù)合材料。碳系材料主要包括有炭黑(carbonblack簡稱CB)、石墨、碳纖維(carbonfiber簡稱CF)、碳納米管(carbonnanotubes簡稱CNTs)等，它們是導(dǎo)電復(fù)合材料中導(dǎo)電填料的重要組成部分。由于碳系材料填充的聚合物復(fù)合材料易成型、不受成型尺寸限制且耐腐蝕，可以在某些特定環(huán)境下使用，因而在越來越多領(lǐng)域受到重視。CB是目前來說應(yīng)用最廣、用量最大的導(dǎo)電填料。它不僅價格低，而且導(dǎo)電性能好，密度小。因此，以CB粒子作為導(dǎo)電填料的導(dǎo)電復(fù)合材料具有優(yōu)良導(dǎo)電性能，在各個領(lǐng)域使用普遍。同時因?yàn)镃B粒子的高表面能和其表面遍布的活性基團(tuán)，因而CB間有較大的聚合力，因此粒子相互間易于聚合，難以成分散狀。所以在一般情況下，通常需要將CB以微細(xì)狀態(tài)均勻分散填充于基質(zhì)里。否則,將會降低材料性能，因而，保證CB在基體中均勻的分散是導(dǎo)電復(fù)合材料具有優(yōu)良特性的關(guān)鍵。CB的改性一般采用分散劑改性、氧化劑改性及接枝改性法。分散劑改性，學(xué)者們利用表面活性劑的方法來提高CB的均勻性，認(rèn)為分散劑的使用有助于CB均勻地分散于苯環(huán)己烷、正庚烷等溶液里，從而能夠有效提高體系的均勻性。采用唬拍酸二異辛酷磺酸鹽能將CB穩(wěn)定分散于苯溶劑中，而采用離子型表面活性劑也能讓CB在一定體系中均勻分散，不過如果以上體系加入一些高分子溶液后，CB的均勻性會極大的被破壞，從而產(chǎn)生沉降現(xiàn)象，因此這些分散劑在涂料和油墨工業(yè)的應(yīng)用前景并不大；CB的氧化改性方法有很多，主要的分為氣相法、液相法和等離子法等改性方法，氣相法主要是利用一些氣體如氧氣等對CB進(jìn)行表面改性，繼而來提高其粒子表面的活性基團(tuán)，液相法則利用各種不同的氧化劑分別與CB充分反應(yīng)，在粒子表面引入羥基和羧基等活性基團(tuán)，從而達(dá)到改性的目的。等離子屬物理氧化法；接枝改性主要將CB粒子的表面上穩(wěn)定的接枝上一些聚合物鏈，并利用這些聚合物鏈在水中產(chǎn)生斥力，從而保證粒子間相互的間距，來保證CB粒子的均勻性。在CB粒子的表面上接枝上一些穩(wěn)定的聚合物鏈，其是將CB粒子上帶有的羥基、羧基和氫鍵等化為各種活性官能團(tuán)，這些官能團(tuán)易于與同樣有活性端基的基質(zhì)反應(yīng)，從而將CB粒子牢固的與基質(zhì)結(jié)合。目前，炭黑/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀如下：以CB作為導(dǎo)電填料的導(dǎo)電復(fù)合材料，其物理性能與很多因素有關(guān)。CB種類的差異、含量的差異以及基體的差異都會在很大程度上影響CB的分布狀態(tài)以及基體的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，繼而影響復(fù)合材料的導(dǎo)電性能、力學(xué)性能、熱學(xué)性能等。陳蘇等人在“PS/炭黑復(fù)合材料導(dǎo)電性能的研究.塑料工業(yè)”一文中研究了聚苯乙烯/CB復(fù)合材料的導(dǎo)電性能。實(shí)驗(yàn)分析表明，當(dāng)CB含量的逐漸增加時，聚苯乙烯/CB體系的體積電阻率會呈現(xiàn)出非線性下降的現(xiàn)象，且當(dāng)CB含量在20％到30％間時其復(fù)合材料體系的體積電阻率會下降明顯。MohanrajG.T.等在“ACImpedanceAnalysisandEMIShieldingEffectivenessofConductiveSBRComposites.PolymerEngineeringandScience”中研究了以丁苯橡膠為基體、CB為導(dǎo)電填料的復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的電磁屏蔽效果隨CB填充含量以及試樣厚度的增加而增加。當(dāng)頻率范圍在7.8GHz–12.4GHz之間時，若此時CB的填充量達(dá)到60％，則該復(fù)合材料的屏蔽性能最高能達(dá)到67dB。DasN.C.等在“ElectromagneticInterferenceShieldingEffectivenessofEthyleneVinylAcetateBasedConductiveCompositesContainingCarbonFillers.JournalofAppliedPolymerScience”研究中制備了兼顧成本、力學(xué)性能和屏蔽性能的CB/CF/乙烯-醋酸乙烯共聚物復(fù)合材料，當(dāng)CB和CF含量分別為30％和20％時，其屏蔽效能最高可達(dá)40dB。廖海生等人在“CB含量與混煉時間對CB/PP復(fù)合材料性能的影響.塑料工業(yè)”中研究了CB/聚丙烯復(fù)合材料體系的力學(xué)性能。研究結(jié)果表明，隨著CB含量的逐漸增加，CB/聚丙烯體系的拉伸強(qiáng)度曲線會先升高后降低，且體系的最大拉伸強(qiáng)度為23.71MPa。同時，CB/PP體系的斷裂伸長率則會隨CB含量的逐漸增加而呈現(xiàn)出一直下降的趨勢。景濤研在“聚合物/炭黑復(fù)合材料導(dǎo)電和增韌研究”論文中究了CB含量的變化對高密度聚乙烯/CB復(fù)合材料體系力學(xué)性能的影響。其研究分析表明隨著CB含量的增加，復(fù)合材料的抗沖擊強(qiáng)力曲線會呈現(xiàn)一直下降的趨勢，當(dāng)CB含量為18％時其抗沖擊強(qiáng)力僅為8.5KJ/m2。張秋菊在“纖維增強(qiáng)改性環(huán)氧體系的電學(xué)與力學(xué)性能研究”論文中研究了纖維增強(qiáng)改性環(huán)氧體系的電學(xué)與力學(xué)性能，其中涉及了一種碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備，其是將碳纖維織成間隔織物處理后作為增強(qiáng)體加入到AG-80環(huán)氧樹脂基體中形成復(fù)合材料，雖然該復(fù)合材料提高了其熱力學(xué)性能，但導(dǎo)電性及其穩(wěn)定性仍得不到滿足。中國專利申請(201310413596.3)公開了一種改性的碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及其制備方法，該制備方法包括步驟先將石墨烯與液態(tài)環(huán)氧樹脂混合，得到第一混合物，在第一混合物中加入能使液態(tài)環(huán)氧樹脂交聯(lián)固化的固化劑，得到第二混合物，采用復(fù)合材料成型工藝以碳纖維與第二混合物為原料使液態(tài)環(huán)氧樹脂交聯(lián)固化后形成與碳纖維成一體的改性的碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，該復(fù)合材料工藝簡單，生產(chǎn)效率高，但其強(qiáng)度等力學(xué)性能不足。由上述文獻(xiàn)易知，CB種類、含量等的差異，會在很大程度上影響復(fù)合材料基體的性能，繼而對復(fù)合材料體系的物理性能產(chǎn)生很大影響。為了使復(fù)合材料體系有良好的導(dǎo)電性能，CB的填充量一般較大，而大量填充CB后會在很大程度上影響體系的力學(xué)性能等。因此要想在保持較低填充量的條件下又能夠充分保證復(fù)合材料良好的導(dǎo)電性能、熱力學(xué)性能等，需要對導(dǎo)電填料進(jìn)行改性處理或者需要探究多組分導(dǎo)電填料對復(fù)合材料的協(xié)同作用，已解決復(fù)合導(dǎo)電材料目前發(fā)展中的上述瓶頸問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)正是為了克服上述技術(shù)問題，通過對導(dǎo)電填料的改性處理以及對多組分填料的混合來提高復(fù)合材料體系電學(xué)性能、力學(xué)性能、熱學(xué)性能等的方法進(jìn)行研究進(jìn)而提供一種具有良好導(dǎo)電性能、熱力學(xué)性能且對導(dǎo)電材料用量少的硅烷偶聯(lián)劑改性CB/CFDSF/AG-80環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及其制備方法。為此本專利技術(shù)所提供如下技術(shù)方案：一種硅烷偶聯(lián)劑改性CB/CFDSF/AG-80環(huán)氧樹脂復(fù)合材料本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種硅烷偶聯(lián)劑改性CB/CFDSF/AG?80環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，該制備方法具體包括以下步驟：(1)對炭黑(CB)采用硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行改性處理，將炭黑在40～50℃預(yù)熱5～10分鐘，加入一定量溶于水的無水乙醇的硅烷偶聯(lián)劑，硅烷偶聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1～3％，升溫到70～85℃，機(jī)械攪拌0.5～1h，在120～130℃處理2～3h，烘干炭黑，并研磨0.5～1h，從而得到硅烷偶聯(lián)劑改性炭黑Si?CB；(2)對碳纖維雙層間隔織物(CFDSF)進(jìn)行處理，將預(yù)先織造、裁剪好的碳纖維雙層間隔織物進(jìn)行表面清洗及表面改性處理，具體工藝為：在室溫下，將裁剪好的碳纖維雙層間隔織物置于超聲波清洗液中進(jìn)行浸泡1～2h后洗滌30～50min，然后取出在95～110℃條件下干燥，干燥后在雙層間隔織物上涂覆一定量溶于水的含有無水乙醇的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1.5～3wt％的硅烷偶聯(lián)劑KH550溶液，室溫下放置24h～36h，以便乙醇揮發(fā)完全，封存待用；(3)配制改性CB/AG?80環(huán)氧樹脂體系溶液對CFDSF進(jìn)行澆筑及熱固化，將AG?80環(huán)氧樹脂、六氫鄰苯二甲酸酐固化劑、2,4,6?二氨基甲基苯酚促進(jìn)劑、丙酮和無水乙醇稀釋劑，分別置于38～45℃的烘箱中預(yù)熱1～2小時，稱取1.8～9.0g占環(huán)氧樹脂3～15wt％并研磨充分的經(jīng)所述步驟(1)處理后的改性炭黑，將其放在適量丙酮溶液中超聲波處理0.5～1h后，按配比倒入環(huán)氧樹脂中，在35～45℃攪拌3～5h，攪拌均勻，按順序倒入所述固化劑、促進(jìn)劑、稀釋劑，再次充分?jǐn)嚢杈鶆颍俪暡ㄌ幚?～2h，抽真空1.5～2.5h，從而得到改性CB/AG?80環(huán)氧樹脂體系溶液；隨后在模具中放置所述步驟(2)處理后的碳纖維雙層間隔織物，涂覆適量甲基硅油，澆筑上述改性CB/AG?80環(huán)氧樹脂體系溶液后將整個模具抽真空1～2h，靜置36～48h，然后在一定溫度時間條件下進(jìn)行熱固化，最后，再在180～190℃條件下處理1.5～3h后冷卻得到硅烷偶聯(lián)劑改性CB/CFDSF/AG?80環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種硅烷偶聯(lián)劑改性CB/CFDSF/AG-80環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，該制備方法具體包括以下步驟：(1)對炭黑(CB)采用硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行改性處理，將炭黑在40～50℃預(yù)熱5～10分鐘，加入一定量溶于水的無水乙醇的硅烷偶聯(lián)劑，硅烷偶聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1～3％，升溫到70～85℃，機(jī)械攪拌0.5～1h，在120～130℃處理2～3h，烘干炭黑，并研磨0.5～1h，從而得到硅烷偶聯(lián)劑改性炭黑Si-CB；(2)對碳纖維雙層間隔織物(CFDSF)進(jìn)行處理，將預(yù)先織造、裁剪好的碳纖維雙層間隔織物進(jìn)行表面清洗及表面改性處理，具體工藝為：在室溫下，將裁剪好的碳纖維雙層間隔織物置于超聲波清洗液中進(jìn)行浸泡1～2h后洗滌30～50min，然后取出在95～110℃條件下干燥，干燥后在雙層間隔織物上涂覆一定量溶于水的含有無水乙醇的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1.5～3wt％的硅烷偶聯(lián)劑KH550溶液，室溫下放置24h～36h，以便乙醇揮發(fā)完全，封存待用；(3)配制改性CB/AG-80環(huán)氧樹脂體系溶液對CFDSF進(jìn)行澆筑及熱固化，將AG-80環(huán)氧樹脂、六氫鄰苯二甲酸酐固化劑、2,4,6-二氨基甲基苯酚促進(jìn)劑、丙酮和無水乙醇稀釋劑，分別置于38～45℃的烘箱中預(yù)熱1～2小時，稱取1.8～9.0g占環(huán)氧樹脂3～15wt％并研磨充分的經(jīng)所述步驟(1)處理后的改性炭黑，將其放在適量丙酮溶液中超聲波處理0.5～1h后，按配比倒入環(huán)氧樹脂中，在35～45℃攪拌3～5h，攪拌均勻，按順序倒入所述固化劑、促進(jìn)劑、稀釋劑，再次充分?jǐn)嚢杈鶆颍俪暡ㄌ幚?～2h，抽真空1.5～2.5h，從而得到改性CB/AG-80環(huán)氧樹脂體系溶液；隨后在模具中放置所述步驟(2)處理后的碳纖維雙層間隔織物，涂覆適量甲基硅油，澆筑上述改性CB/AG-80環(huán)氧樹脂體系溶液后將整個模具抽真空1～2h，靜置36...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李亞鵬，張鵬飛，付騁宇，藍(lán)海嘯，邵媛媛，
申請(專利權(quán))人：陜西理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：陜西,61