/环氧杂化玻璃钢复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及杂化复合材料制备技术领域，尤其涉及一种碳纳米管掺杂TiO2/环氧 杂化玻璃钢复合材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 普通玻璃钢耐温性能差，使用温度一般不高于60°C，且导电性能差，常常出现静电 集中。本发明的主要目的在于提高玻璃钢的耐热温度，改善其力学、电学性能。
【发明内容】
[0003] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了碳纳米管掺杂TiO2/环氧杂化玻璃 钢复合材料的制备方案。通过无机相TiO 2的加入，改善玻璃钢的耐高温性能，改性碳纳米 管的加入改善材料的电学和力学性能。
[0004] 本发明采用如下技术方案：
[0005] 本发明的碳纳米管掺杂TiO2/环氧杂化玻璃钢复合材料的制备方法是以钛酸正丁 酯为前驱体，乙酰丙酮为络合剂，获得改性的钛酸正丁酯与蒸馏水发生水解反应，无水乙醇 为溶剂，浓硝酸为稳定剂，制备TiO 2溶胶。
[0006] 钛酸正丁酯、乙酰丙酮、浓硝酸的物质的量比为1:1:0. 3,当钛酸
[0007] 正丁酯为17ml时，无水乙醇为100ml。
[0008] 将采用直接处理法处理过的碳纳米管掺入其中，钛酸正丁酯与碳纳米管的物质的 量之比为1:0. 005。
[0009] 碳纳米管的直接处理步骤为：
[0010] ①把对于碳纳米管（CNTs) 0. 5wt % -1.0 wt %的有机硅烷偶联剂加入到2-5倍的醇 水溶液（水/醇=1/9)中，完全分散后待混合；
[0011] ②把5g的CNTs装入搅拌器中；
[0012] ③在室温下，边均匀搅拌CNTs，边将前述配制的有机硅烷偶联剂的醇水溶液在10 分钟内加入；
[0013] ④待有机硅烷偶联剂的醇水溶液全部添加完毕后，再机械搅拌混合12小时；
[0014] ⑤再将搅拌槽的温度由50°C梯度升温至100°C，每次升高10°C，在70°C、80°C处各 加热lh，其余温度下各加热0. 5h ;
[0015] ⑥然后降至室温后，再进行干燥。
[0016] 经过24小时搅拌，70°C加热去除溶剂，获得稳定凝胶；
[0017] 将环氧树脂、固化剂甲乙酮、促进剂环烷酸钴分别加入所得凝胶中，搅拌均匀，环 氧树脂、固化剂、促进剂与钛酸正丁酯的物质的量之比为1:〇. 01:〇. 01:1。得到玻璃钢树脂 基体，手糊法制备玻璃钢；
[0018] 所得样品于400°C加热1小时，获得纳米管掺杂TiO2/环氧杂化玻璃钢复合材料。
[0019] 本发明的碳纳米管掺杂TiO2/环氧杂化玻璃钢复合材料的制备方法的具体步骤如 下：
[0020] 首先将前驱体钛酸正丁酯和络合剂乙酰丙酮混合，搅拌lh，获得改性的钛酸正丁 酯与蒸馏水发生水解反应，然后加入溶剂无水乙醇、缓慢滴加蒸馏水的乙醇溶液和稳定剂 浓硝酸，搅拌6h，得到TiO 2溶胶；
[0021] 将采用直接处理法处理过的碳纳米管掺入TiO2溶胶中，室温搅拌24小时，得到碳 纳米管掺杂TiO 2溶胶，然后在70°C下干燥4h，获得稳定凝胶；
[0022] 将环氧树脂、固化剂、促进剂分别加入所得凝胶中，搅拌均匀，得到玻璃钢树脂基 体，手糊法制备玻璃钢；
[0023] 将所得玻璃钢于400°C加热1小时，获得纳米管掺杂TiO2/环氧杂化玻璃钢复合材 料。
[0024] 蒸馏水与钛酸正丁酯的物质的量比为2:1，蒸馏水的乙醇溶液是由蒸馏水和无水 乙醇按体积比1:2配制而成。
[0025] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：所得玻璃钢复合材料在400°C处理后仍 有一定的力学性能，而普通的玻璃钢只能在低于60°C使用。该材料中引入了碳纳米管，改善 了材料的力学、电学性能。
【附图说明】
[0026] 图1为Sol-gel工艺碳纳米管掺杂TiO2/环氧杂化玻璃钢复合材料工艺流程；
[0027] 图2为400°C处理后获得的不同TiO2含量的碳纳米管掺杂TiO 2/环氧杂化玻璃钢 复合材料。
【具体实施方式】
[0028] 下面的实施例是对本发明的进一步详细描述。
[0029] 实施例1
[0030] 如图1所示，本发明的碳纳米管掺杂TiO2/环氧杂化玻璃钢复合材料的制备方法 的具体步骤如下：
[0031] 首先将前驱体钛酸正丁酯和络合剂乙酰丙酮混合，搅拌lh，获得改性的钛酸正丁 酯与蒸馏水发生水解反应，然后加入溶剂无水乙醇和稳定剂浓硝酸，搅拌6h，得到110 2溶 胶；
[0032] 将采用直接处理法处理过的碳纳米管掺入TiO2溶胶中，室温搅拌24小时，得到碳 纳米管掺杂TiO 2溶胶，然后在70°C下干燥4h，获得稳定凝胶；
[0033] 将环氧树脂、固化剂、促进剂分别加入所得凝胶中，搅拌均匀，得到玻璃钢树脂基 体，手糊法制备玻璃钢；
[0034] 将所得玻璃钢于400°C加热1小时，获得纳米管掺杂TiO2/环氧杂化玻璃钢复合材 料。
[0035] 蒸馏水与钛酸正丁酯的物质的量比为2:1。
[0036] 钛酸正丁酯、乙酰丙酮、浓硝酸的物质的量比为1:1:0. 3,当钛酸
[0037] 正丁酯为17ml时，无水乙醇为100ml。
[0038] 将采用直接处理法处理过的碳纳米管掺入其中，钛酸正丁酯与碳纳米管的物质的 量之比为1:0. 005。
[0039] 固化剂和促进剂分别是甲乙酮和环烷酸钴。
[0040] 环氧树脂、固化剂、促进剂与钛酸正丁酯的物质的量之比为1:0.01:0.01:1。
[0041] 碳纳米管的直接处理步骤为：
[0042] ①把对于碳纳米管（CNTs) 0. 5wt % -1.0 wt %的有机硅烷偶联剂加入到2-5倍的醇 水溶液（水/醇=1/9)中，完全分散后待混合；
[0043] ②把5g的CNTs装入搅拌器中；
[0044] ③在室温下，边均匀搅拌CNTs，边将前述配制的有机硅烷偶联剂的醇水溶液在10 分钟内加入；
[0045] ④待有机硅烷偶联剂的醇水溶液全部添加完毕后，再机械搅拌混合12小时；
[0046] ⑤再将搅拌槽的温度由50°C梯度升温至100°C，每次升高10°C，在70°C、80°C处各 加热lh，其余温度下各加热0. 5h ;
[0047] ⑥然后降至室温后，再进行干燥。
[0048] 对于获得的复合材料，其耐热性能在材料制备过程中已经得到证实，经过400°C烧 结1个小时，材料仍然完整。将所得复合材料分别在表面电阻测试仪、万能材料试验机上测 定试样的电学及力学性能，所得结果如表1所示：
[0049] 表 1
[0051 ] 由表1可以看出，CNTs的加入，改善了材料的力学和电学性能，无机组分TiO2的复 合，改善了材料的耐热性。
[0052] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以 理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换 和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
【主权项】
1. 一种碳纳米管掺杂TiO2/环氧杂化玻璃钢复合材料的制备方法，其特征在于：所述 方法是以钛酸正丁酯为前驱体，乙酰丙酮为络合剂，无水乙醇为溶剂，浓硝酸为稳定剂，制 备Ti02溶胶；将采用直接处理法处理过的碳纳米管掺入其中，经过24小时搅拌，70°C加热 去除溶剂，获得稳定凝胶； 将环氧树脂、固化剂、促进剂分别加入所得凝胶中，搅拌均匀，得到玻璃钢树脂基体，手 糊法制备玻璃钢； 所得样品于400°C加热1小时，获得纳米管掺杂Ti02/环氧杂化玻璃钢复合材料。2. 如权利要求1所述的碳纳米管掺杂TiO2/环氧杂化玻璃钢复合材料的制备方法，其 特征在于：钛酸正丁酯、乙酰丙酮、浓硝酸的物质的量比为1:1:0. 3,当钛酸正丁酯的量为 17ml时，对应的无水乙醇为100ml。3. 如权利要求1所述的碳纳米管掺杂TiO2/环氧杂化玻璃钢复合材料的制备方法，其 特征在于：所述的直接处理法操作步骤为： ① 把对于碳纳米管（CNTs)O. 5wt% -1.Owt%的有机硅烷偶联剂加入到2-5倍的醇水溶 液（水/醇=1/9)中，完全分散后待混合； ② 把5gCNTs装入搅拌器中； ③ 在室温下，边均匀搅拌CNTs，边将前述配制的有机硅烷偶联剂的醇水溶液在10分钟 内加入； ④ 待有机硅烷偶联剂的醇水溶液全部添加完毕后，再机械揽摔混合12小时； ⑤ 再将搅拌槽的温度由50°C梯度升温至100°C，每次升高10°C，在70°C、80°C处各加热 lh，其余温度下各加热0. 5h; ⑥ 然后降至室温后，再进行干燥。4. 如权利要求1所述的碳纳米管掺杂TiO2/环氧杂化玻璃钢复合材料的制备方法，其 特征在于：所述的碳纳米管与钛酸正丁酯的物质的量之比为0. 005:1。5. 如权利要求1所述的碳纳米管掺杂TiO2/环氧杂化玻璃钢复合材料的制备方法，其 特征在于：所述的固化剂和促进剂分别是甲乙酮和环烷酸钴。6. 如权利要求1所述的碳纳米管掺杂TiO2/环氧杂化玻璃钢复合材料的制备方 法，其特征在于：所述的环氧树脂、固化剂、促进剂与钛酸正丁酯的物质的量之比为 1:0. 01:0.01:1〇7. 如权利要求1所述的碳纳米管掺杂TiO2/环氧杂化玻璃钢复合材料的制备方法，其 特征在于：所述方法的具体步骤如下： 首先将前驱体钛酸正丁酯和络合剂乙酰丙酮混合，搅拌lh，络合得到改性前驱体，然后 加入溶剂无水乙醇、缓慢滴加蒸馏水的乙醇溶液和稳定剂浓硝酸，搅拌6h，得到Ti02溶胶； 将采用直接处理法处理过的碳纳米管掺入Ti02溶胶中，室温搅拌24小时，得到碳纳米 管掺杂Ti02溶胶，然后在70°C下干燥4h，获得稳定凝胶； 将环氧树脂、固化剂、促进剂分别加入所得凝胶中，搅拌均匀，得到玻璃钢树脂基体，手 糊法制备玻璃钢； 将所得玻璃钢于400°C加热1小时，获得纳米管掺杂Ti02/环氧杂化玻璃钢复合材料。8. 如权利要求7所述的碳纳米管掺杂TiO2/环氧杂化玻璃钢复合材料的制备方法，其 特征在于：蒸馏水与钛酸正丁酯的物质的量比为2:1，蒸馏水的乙醇溶液是由蒸馏水和无 水乙醇按体积比1:2配制而成。
【专利摘要】本发明公开了一种碳纳米管掺杂TiO2/环氧杂化玻璃钢复合材料的制备方法，以钛酸正丁酯为前驱体，乙酰丙酮为络合剂，无水乙醇为溶剂，使改性碳酸正丁酯与蒸馏水发生水解，浓硝酸为稳定剂，制备TiO2溶胶。将处理过的碳纳米管掺入其中，经过搅拌，加热去除大部分溶剂，获得稳定凝胶。将环氧树脂、固化剂、促进剂分别加入所得凝胶中，搅拌均匀，得到玻璃钢树脂基体，手糊法制备玻璃钢。所得样品于400℃加热1小时，获得纳米管掺杂TiO2/环氧杂化玻璃钢复合材料。本发明的玻璃钢复合材料在400℃处理后仍有一定的力学性能，而普通的玻璃钢只能在低于60℃使用。该材料中引入了碳纳米管，改善了材料的力学、电学性能。
【IPC分类】C08K9/06, C08K7/24, C08L63/00, C08K3/22
【公开号】CN105400141
【申请号】CN201510884096
【发明人】白凌云, 江龙发, 向军淮, 王军
【申请人】江西科技师范大学
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年12月4日