硅烷偶联剂改性CB/CFDSF/AG‑80环氧树脂复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种硅烷偶联剂改性CB/CFDSF/AG‑80环氧树脂复合材料的制备方法，该方法主要包括对炭黑(CB)采用硅烷偶联剂进行改性处理的第一步骤，对碳纤维双层间隔织物(CFDSF)进行表面清洗及表面改性处理的第二步骤以及将配制改性CB/AG‑80环氧树脂体系溶液对CFDSF进行浇筑及热固化的第三步骤，通过本发明专利技术上述制备步骤及其具体的工艺参数制备得到了兼具有良好导电性能、热力学性能且对导电材料用量少的硅烷偶联剂改性CB/CFDSF/AG‑80环氧树脂复合材料，其改性炭黑在基体中均匀分布，该复合材料具有良好的导电稳定性，能够广泛适用于电子、静电防护、电磁屏蔽、微波吸收等领域。

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.

【技术实现步骤摘要】
硅烷偶联剂改性CB/CFDSF/AG-80环氧树脂复合材料的制备方法
本专利技术涉及复合材料领域，具体涉及一种硅烷偶联剂改性CB/CFDSF(碳纤维双层间隔织物)/AG-80环氧树脂复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着电子科技产业的日新月异,对具有良好导电性能的功能性复合材料的需求也越来越大。由于导电复合材料具有质量轻、无锈蚀、尺寸稳定性好、电导率在较大范围内可调的特点，同时还易于加工成各种复杂的形状且易于大批量工业化生产，因而其在静电防护、电磁屏蔽、微波吸收等领域应用广泛。目前常见的导电复合材料通常以高分子为其基体,同时加入碳系材料、金属填料等导电物质,经过物理或化学的方法进行复合，得到既具有一定导电性能又具有良好力学性能的多相复合材料。碳系材料主要包括有炭黑(carbonblack简称CB)、石墨、碳纤维(carbonfiber简称CF)、碳纳米管(carbonnanotubes简称CNTs)等，它们是导电复合材料中导电填料的重要组成部分。由于碳系材料填充的聚合物复合材料易成型、不受成型尺寸限制且耐腐蚀，可以在某些特定环境下使用，因而在越来越多领域受到重视。CB是目前来说应用最广、用量最大的导电填料。它不仅价格低，而且导电性能好，密度小。因此，以CB粒子作为导电填料的导电复合材料具有优良导电性能，在各个领域使用普遍。同时因为CB粒子的高表面能和其表面遍布的活性基团，因而CB间有较大的聚合力，因此粒子相互间易于聚合，难以成分散状。所以在一般情况下，通常需要将CB以微细状态均匀分散填充于基质里。否则,将会降低材料性能，因而，保证CB在基体中均匀的分散是导电复合材料具有优良特性的关键。CB的改性一般采用分散剂改性、氧化剂改性及接枝改性法。分散剂改性，学者们利用表面活性剂的方法来提高CB的均匀性，认为分散剂的使用有助于CB均匀地分散于苯环己烷、正庚烷等溶液里，从而能够有效提高体系的均匀性。采用唬拍酸二异辛酷磺酸盐能将CB稳定分散于苯溶剂中，而采用离子型表面活性剂也能让CB在一定体系中均匀分散，不过如果以上体系加入一些高分子溶液后，CB的均匀性会极大的被破坏，从而产生沉降现象，因此这些分散剂在涂料和油墨工业的应用前景并不大；CB的氧化改性方法有很多，主要的分为气相法、液相法和等离子法等改性方法，气相法主要是利用一些气体如氧气等对CB进行表面改性，继而来提高其粒子表面的活性基团，液相法则利用各种不同的氧化剂分别与CB充分反应，在粒子表面引入羟基和羧基等活性基团，从而达到改性的目的。等离子属物理氧化法；接枝改性主要将CB粒子的表面上稳定的接枝上一些聚合物链，并利用这些聚合物链在水中产生斥力，从而保证粒子间相互的间距，来保证CB粒子的均匀性。在CB粒子的表面上接枝上一些稳定的聚合物链，其是将CB粒子上带有的羟基、羧基和氢键等化为各种活性官能团，这些官能团易于与同样有活性端基的基质反应，从而将CB粒子牢固的与基质结合。目前，炭黑/环氧树脂复合材料的国内外研究现状如下：以CB作为导电填料的导电复合材料，其物理性能与很多因素有关。CB种类的差异、含量的差异以及基体的差异都会在很大程度上影响CB的分布状态以及基体的结构状态，继而影响复合材料的导电性能、力学性能、热学性能等。陈苏等人在“PS/炭黑复合材料导电性能的研究.塑料工业”一文中研究了聚苯乙烯/CB复合材料的导电性能。实验分析表明，当CB含量的逐渐增加时，聚苯乙烯/CB体系的体积电阻率会呈现出非线性下降的现象，且当CB含量在20％到30％间时其复合材料体系的体积电阻率会下降明显。MohanrajG.T.等在“ACImpedanceAnalysisandEMIShieldingEffectivenessofConductiveSBRComposites.PolymerEngineeringandScience”中研究了以丁苯橡胶为基体、CB为导电填料的复合材料，发现复合材料的电磁屏蔽效果随CB填充含量以及试样厚度的增加而增加。当频率范围在7.8GHz–12.4GHz之间时，若此时CB的填充量达到60％，则该复合材料的屏蔽性能最高能达到67dB。DasN.C.等在“ElectromagneticInterferenceShieldingEffectivenessofEthyleneVinylAcetateBasedConductiveCompositesContainingCarbonFillers.JournalofAppliedPolymerScience”研究中制备了兼顾成本、力学性能和屏蔽性能的CB/CF/乙烯-醋酸乙烯共聚物复合材料，当CB和CF含量分别为30％和20％时，其屏蔽效能最高可达40dB。廖海生等人在“CB含量与混炼时间对CB/PP复合材料性能的影响.塑料工业”中研究了CB/聚丙烯复合材料体系的力学性能。研究结果表明，随着CB含量的逐渐增加，CB/聚丙烯体系的拉伸强度曲线会先升高后降低，且体系的最大拉伸强度为23.71MPa。同时，CB/PP体系的断裂伸长率则会随CB含量的逐渐增加而呈现出一直下降的趋势。景涛研在“聚合物/炭黑复合材料导电和增韧研究”论文中究了CB含量的变化对高密度聚乙烯/CB复合材料体系力学性能的影响。其研究分析表明随着CB含量的增加，复合材料的抗冲击强力曲线会呈现一直下降的趋势，当CB含量为18％时其抗冲击强力仅为8.5KJ/m2。张秋菊在“纤维增强改性环氧体系的电学与力学性能研究”论文中研究了纤维增强改性环氧体系的电学与力学性能，其中涉及了一种碳纤维/环氧树脂复合材料的制备，其是将碳纤维织成间隔织物处理后作为增强体加入到AG-80环氧树脂基体中形成复合材料，虽然该复合材料提高了其热力学性能，但导电性及其稳定性仍得不到满足。中国专利申请(201310413596.3)公开了一种改性的碳纤维/环氧树脂复合材料及其制备方法，该制备方法包括步骤先将石墨烯与液态环氧树脂混合，得到第一混合物，在第一混合物中加入能使液态环氧树脂交联固化的固化剂，得到第二混合物，采用复合材料成型工艺以碳纤维与第二混合物为原料使液态环氧树脂交联固化后形成与碳纤维成一体的改性的碳纤维/环氧树脂复合材料，该复合材料工艺简单，生产效率高，但其强度等力学性能不足。由上述文献易知，CB种类、含量等的差异，会在很大程度上影响复合材料基体的性能，继而对复合材料体系的物理性能产生很大影响。为了使复合材料体系有良好的导电性能，CB的填充量一般较大，而大量填充CB后会在很大程度上影响体系的力学性能等。因此要想在保持较低填充量的条件下又能够充分保证复合材料良好的导电性能、热力学性能等，需要对导电填料进行改性处理或者需要探究多组分导电填料对复合材料的协同作用，已解决复合导电材料目前发展中的上述瓶颈问题。
技术实现思路
本专利技术正是为了克服上述技术问题，通过对导电填料的改性处理以及对多组分填料的混合来提高复合材料体系电学性能、力学性能、热学性能等的方法进行研究进而提供一种具有良好导电性能、热力学性能且对导电材料用量少的硅烷偶联剂改性CB/CFDSF/AG-80环氧树脂复合材料及其制备方法。为此本专利技术所提供如下技术方案：一种硅烷偶联剂改性CB/CFDSF/AG-80环氧树脂复合材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅烷偶联剂改性CB/CFDSF/AG‑80环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，该制备方法具体包括以下步骤：(1)对炭黑(CB)采用硅烷偶联剂进行改性处理，将炭黑在40～50℃预热5～10分钟，加入一定量溶于水的无水乙醇的硅烷偶联剂，硅烷偶联剂质量分数为1～3％，升温到70～85℃，机械搅拌0.5～1h，在120～130℃处理2～3h，烘干炭黑，并研磨0.5～1h，从而得到硅烷偶联剂改性炭黑Si‑CB；(2)对碳纤维双层间隔织物(CFDSF)进行处理，将预先织造、裁剪好的碳纤维双层间隔织物进行表面清洗及表面改性处理，具体工艺为：在室温下，将裁剪好的碳纤维双层间隔织物置于超声波清洗液中进行浸泡1～2h后洗涤30～50min，然后取出在95～110℃条件下干燥，干燥后在双层间隔织物上涂覆一定量溶于水的含有无水乙醇的质量百分数为1.5～3wt％的硅烷偶联剂KH550溶液，室温下放置24h～36h，以便乙醇挥发完全，封存待用；(3)配制改性CB/AG‑80环氧树脂体系溶液对CFDSF进行浇筑及热固化，将AG‑80环氧树脂、六氢邻苯二甲酸酐固化剂、2,4,6‑二氨基甲基苯酚促进剂、丙酮和无水乙醇稀释剂，分别置于38～45℃的烘箱中预热1～2小时，称取1.8～9.0g占环氧树脂3～15wt％并研磨充分的经所述步骤(1)处理后的改性炭黑，将其放在适量丙酮溶液中超声波处理0.5～1h后，按配比倒入环氧树脂中，在35～45℃搅拌3～5h，搅拌均匀，按顺序倒入所述固化剂、促进剂、稀释剂，再次充分搅拌均匀，再超声波处理1～2h，抽真空1.5～2.5h，从而得到改性CB/AG‑80环氧树脂体系溶液；随后在模具中放置所述步骤(2)处理后的碳纤维双层间隔织物，涂覆适量甲基硅油，浇筑上述改性CB/AG‑80环氧树脂体系溶液后将整个模具抽真空1～2h，静置36～48h，然后在一定温度时间条件下进行热固化，最后，再在180～190℃条件下处理1.5～3h后冷却得到硅烷偶联剂改性CB/CFDSF/AG‑80环氧树脂复合材料。...

【技术特征摘要】
1.一种硅烷偶联剂改性CB/CFDSF/AG-80环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，该制备方法具体包括以下步骤：(1)对炭黑(CB)采用硅烷偶联剂进行改性处理，将炭黑在40～50℃预热5～10分钟，加入一定量溶于水的无水乙醇的硅烷偶联剂，硅烷偶联剂质量分数为1～3％，升温到70～85℃，机械搅拌0.5～1h，在120～130℃处理2～3h，烘干炭黑，并研磨0.5～1h，从而得到硅烷偶联剂改性炭黑Si-CB；(2)对碳纤维双层间隔织物(CFDSF)进行处理，将预先织造、裁剪好的碳纤维双层间隔织物进行表面清洗及表面改性处理，具体工艺为：在室温下，将裁剪好的碳纤维双层间隔织物置于超声波清洗液中进行浸泡1～2h后洗涤30～50min，然后取出在95～110℃条件下干燥，干燥后在双层间隔织物上涂覆一定量溶于水的含有无水乙醇的质量百分数为1.5～3wt％的硅烷偶联剂KH550溶液，室温下放置24h～36h，以便乙醇挥发完全，封存待用；(3)配制改性CB/AG-80环氧树脂体系溶液对CFDSF进行浇筑及热固化，将AG-80环氧树脂、六氢邻苯二甲酸酐固化剂、2,4,6-二氨基甲基苯酚促进剂、丙酮和无水乙醇稀释剂，分别置于38～45℃的烘箱中预热1～2小时，称取1.8～9.0g占环氧树脂3～15wt％并研磨充分的经所述步骤(1)处理后的改性炭黑，将其放在适量丙酮溶液中超声波处理0.5～1h后，按配比倒入环氧树脂中，在35～45℃搅拌3～5h，搅拌均匀，按顺序倒入所述固化剂、促进剂、稀释剂，再次充分搅拌均匀，再超声波处理1～2h，抽真空1.5～2.5h，从而得到改性CB/AG-80环氧树脂体系溶液；随后在模具中放置所述步骤(2)处理后的碳纤维双层间隔织物，涂覆适量甲基硅油，浇筑上述改性CB/AG-80环氧树脂体系溶液后将整个模具抽真空1～2h，静置36...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亚鹏，张鹏飞，付骋宇，蓝海啸，邵媛媛，
申请(专利权)人：陕西理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61