一种环氧树脂－二氧化硅空心管复合材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种环氧树脂－二氧化硅空心管复合材料及其制备方法。所述环氧树脂-二氧化硅空心管复合材料，包括二氧化硅空心纳米管和环氧树脂，所述二氧化硅空心纳米管分散于环氧树脂中，其添加量为环氧树脂的0.1～10wt.％。其制备方法包括以下步骤：(1)采用溶胶-凝胶法制备二氧化硅空心纳米管；(2)将步骤(1)制备的二氧化硅空心纳米管分散于环氧树脂中，形成环氧树脂-二氧化硅空心管均匀分散体系；(3)加入固化剂将步骤(2)中得到的环氧树脂固化。本发明专利技术提供的环氧树脂－二氧化硅空心管复合材料，具有优良的力学性能和声学阻尼性能，且制备方法简单，反应条件温和。

【技术实现步骤摘要】
一种环氧树脂－二氧化硅空心管复合材料及制备方法
本专利技术属于复合材料领域，更具体地，涉及一种环氧树脂－二氧化硅空心管复合材料及制备方法。
技术介绍
目前，环氧树脂以其优异的性能被广泛的应用于塑料工业、电器材料、电子封装材料、复合材料、胶黏剂等诸多领域。但其固化产物由于性脆，韧性较差，耐冲击性能较差，容易开裂等缺陷影响了环氧树脂的进一步广泛应用。因此，增加环氧树脂的韧性是人们一直想要完成的目标。强度和韧性是聚合物结构材料最重要的两项力学性能指标。通常，无机填料改性能有效地提高聚合物基体的强度，但往往降低其韧性。常用的增韧手段，如弹性体增韧，却造成聚合物材料强度较大幅度的下降。同时增强增韧成为聚合物材料改性的难点和研究重点。另一方面，振动和噪声的控制日益成为生产和生活中的迫切问题。阻尼减振是控制结构振动和噪声的有效手段,它是将振动能转变成热能耗散出去，从而达到减振降噪的目的。传统的聚合物阻尼材料的强度低，不宜用作结构性阻尼材料，因此只能采用夹层结构，但这种夹层结构在长时间的使用过程中由于结构件的疲劳损伤，而逐步失去阻尼效果。在这种背景下，研究一种高强度高韧性高阻尼的结构性材料便有重大的科学和经济意义。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种环氧树脂－二氧化硅空心管复合材料及制备方法，其目的在于通过在环氧树脂中加入表面修饰的二氧化硅空心管状填料，由此解决现有环氧树脂材料强度、韧性不佳，阻尼效果不好的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种环氧树脂－二氧化硅空心管复合材料，包括二氧化硅空心纳米管和环氧树脂，所述二氧化硅空心纳米管，分散于环氧树脂中，其添加量为环氧树脂的0.1～10wt.％。优选地，所述环氧树脂－二氧化硅空心管复合材料，其二氧化硅空心纳米管其长度在45nm～600nm之间，其长径比为4～20。优选地，所述环氧树脂－二氧化硅空心管复合材料，其二氧化硅空心纳米管其内径与外径比值为0.1～0.8。优选地，所述环氧树脂－二氧化硅空心管复合材料，其环氧树脂为双酚A型或者双酚F型环氧树脂，优选双酚F型环氧树脂。按照本专利技术的另一方面，提供了一种所述的环氧树脂－二氧化硅空心管复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)制备二氧化硅空心纳米管：依次将表面活性剂和0.5mol/L至2mol/L的镍盐溶液加入到有机溶剂中，搅拌至沉淀完全溶解，得到混合溶液，使得每毫升混合溶液中含有表面活性剂质量0.325克～0.625克，镍盐摩尔量0.03mmol～0.2mmol，再向每毫升的混合溶液中，依次加入水合肼0.015mL～0.05mL，有机胺0.02mL～0.06mL，二氧化硅前驱体0.05mL～0.4mL，在30℃-80℃反应，直至得到粉红色的胶体A；向胶体A中加入稀盐酸并搅拌反应6～48小时后洗涤，再加入醇类溶剂离心分离，得到二氧化硅空心纳米管；(2)将步骤(1)制备的二氧化硅空心纳米管分散于环氧树脂中，形成环氧树脂-二氧化硅空心管均匀分散体系；(3)向步骤(2)制备的环氧树脂-二氧化硅空心管分散体系中加入固化剂，进行固化处理，即制得所述环氧树脂－二氧化硅空心管复合材料。优选地，所述制备方法，其步骤(1)还包括以下操作：采用偶联剂对二氧化硅空心纳米管进行表面改性。优选地，所述制备方法，其所述采用偶联剂对二氧化硅空心纳米管进行表面改性，具体如下：将步骤二氧化硅空心纳米管分散在乙醇水溶液中，得到二氧化硅空心纳米管/乙醇分散液B，其中所述乙醇水溶液，乙醇与水的质量比为5:1～1:5；向分散液B中加入偶联剂，得到改性的二氧化硅空心纳米管分散液C；将分散液C过滤，将滤渣洗涤，并干燥制得表面改性的二氧化硅空心纳米管。优选地，所述制备方法，其步骤(3)采用超声分散和高速搅拌的方法，使得所述二氧化硅空心纳米管均匀分散于环氧树脂中。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术提供的环氧树脂－二氧化硅空心管复合材料，由于二氧化硅空心纳米管的高机械强度、低密度，且在环氧树脂基体中均匀分散，因而少量的二氧化硅空心纳米管能较大幅度地提高环氧树脂的力学性能。(2)本专利技术提供的环氧树脂－二氧化硅空心管复合材料，二氧化硅空心纳米管采用偶联剂进行了表面改性，有效地避免了团聚，能更均匀地分散于环氧树脂中。(3)本专利技术提供的环氧树脂－二氧化硅空心管复合材料，二氧化硅空心纳米管采用偶联剂进行表面改性，提高了与环氧树脂基体的相互作用，改善了在基体中的分散性，能更有效地发挥出其增强增韧及阻尼的效能。(4)本专利技术提供的所述环氧树脂－二氧化硅空心管复合材料的制备方法，步骤简单、反应条件温和，适合工业大规模生产。(5)本专利技术提供的环氧树脂－二氧化硅空心管复合材料，应用于结构材料，可作为建筑用隔音材料；可用于多种场所，包括狭缝、水底潮湿环境等多种特殊场合。优选方案，通过调整二氧化硅空心纳米管的比例，调整所述复合材料的力学性能与声阻抗性能。优选方案，通过调节环氧树脂的固化剂类型，调整所述复合材料的固化条件，从而满足不同施工场所的特殊要求。优选方案，通过选择不同类型的环氧树脂，使得所述复合材料具有不同的加工性能和物化性能，满足不同的需求。附图说明图1是实施例1制得的二氧化硅空心纳米管透射电镜照片；图2是实施例1制得的环氧树脂-二氧化硅空心管复合材料的断面扫描电镜照片；图3是实施例2制得的环氧树脂-二氧化硅空心管复合材料的断面扫描电镜照片；图4是实施例3制得的环氧树脂-二氧化硅空心管复合材料的断面扫描电镜照片；图5是实施例8制得的环氧树脂-二氧化硅空心管复合材料的断面扫描电镜照片。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提供的环氧树脂/二氧化硅空心管复合材料，包括二氧化硅空心纳米管和环氧树脂，所述二氧化硅空心纳米管，分散于环氧树脂中，其添加量为环氧树脂的0.1～10wt.％，优选0.5％～8wt.％。所述二氧化硅空心纳米管，优选为经过偶联剂表面改性二氧化硅空心纳米管，其长度在45nm～600nm之间，长径比在4～20之间，内径与外径的比值为0.1～0.8。所述环氧树脂，常用为双酚A型或者双酚F型环氧树脂，优选双酚F型环氧树脂。本专利技术提供的所述环氧树脂－二氧化硅空心管复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)采用溶胶-凝胶法制备二氧化硅空心纳米管：依次将表面活性剂和0.5mol/L至2mol/L的镍盐溶液加入到有机溶剂中，搅拌至沉淀完全溶解，得到混合溶液；使得每毫升混合溶液中含有表面活性剂质量0.325克～0.625克、镍盐摩尔量0.03mmol～0.2mmol；再向每毫升的混合溶液中，依次加入水合肼0.015mL～0.05mL，有机胺0.02mL～0.06mL，二氧化硅前驱体0.05mL～0.4mL，搅拌均匀；在30℃-80℃反应，直至得到粉红色的胶体A；向胶体A中加入稀盐酸并搅拌反应6～48小时后洗涤，再加入醇类溶剂离心分离，得到二氧化硅空心纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种环氧树脂－二氧化硅空心管复合材料，其特征在于，包括二氧化硅空心纳米管和环氧树脂，所述二氧化硅空心纳米管，分散于环氧树脂中，其添加量为环氧树脂的0.1～10wt.％。

【技术特征摘要】
1.一种环氧树脂－二氧化硅空心管复合材料的制备方法，其特征在于，该环氧树脂－二氧化硅空心管复合材料包括二氧化硅空心纳米管和环氧树脂，所述二氧化硅空心纳米管，分散于环氧树脂中，其添加量为环氧树脂的0.1～10wt.％；所述制备方法包括以下步骤：(1)制备二氧化硅空心纳米管：依次将表面活性剂和0.5mol/L至2mol/L的镍盐溶液加入到有机溶剂中，搅拌至沉淀完全溶解，得到混合溶液，使得每毫升混合溶液中含有表面活性剂质量0.325克～0.625克，镍盐摩尔量0.03mmol～0.2mmol，再向每毫升的混合溶液中，依次加入水合肼0.015mL～0.05mL，有机胺0.02mL～0.06mL，二氧化硅前驱体0.05mL～0.4mL，在30℃-80℃反应，直至得到粉红色的胶体A；向胶体A中加入稀盐酸并搅拌反应6～48小时后洗涤，再加入醇类溶剂离心分离，得到二氧化硅空心纳米管；所述二氧化硅前驱体为正硅酸四乙酯、正硅酸四丁酯、正硅酸四甲酯中的一种；(2)将步骤(1)制备的二氧化硅空心纳米管分散于环氧树脂中，形成环氧树脂-二氧化硅空心管均匀分散体系；(3)向步骤(2)制备的环氧树脂-二氧化硅空心管分散体系中加入固化剂，进行固化处理，即制得所述环氧树脂－二氧化硅空心管复合材料。2.如权利要求1所述环氧树脂－二氧化硅空心管复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)还包括以下操作：采用偶联剂对二氧化硅空心纳米管进行表面改性。3.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：周兴平，施雪军，解孝林，陈超，廖永贵，姜昀良，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42