改性多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种Fe203改性多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]碳纳米管(Carbon nanotubes，CNTs)因其具有独特的结构、电学、力学、储氢等特能，所以在纳米电子器件、超强复合材料、储氢材料、催化剂载体等诸多新领域有着非常广泛的应用前景。与单壁碳纳米管相比，多壁碳纳米管(MWCNTs)的生产成本低，并且管径可在较宽的范围内进行选择，因此基于多壁碳纳米管的复合材料更贴近实际并能容易满足产业化要求。但由于碳纳米管为一堆纳米材料，直径在纳米尺寸范围，长度在微米尺寸范围，长泾比一般在1000以上，因其特殊的结构形态，碳纳米管之间互相缠绕，难于分散，使用性能并不理想。
[0003]环氧树脂具有粘结性强、耐腐蚀、绝缘性好、强度高等特点，因此可将其应用于涂料、粘合剂、电子封装和复合材料等领域，但因其缺点是固化后内应力大，易剥离和开裂，并且耐疲劳、耐热和冲击韧性差，导致其应用范围受限。
[0004]碳纳米管和环氧树脂的用途都很广，国内外都开始关注将这两种物质结合起来形成一种复合材料，发挥其两者优势，则会成为一种综合性能优异的复合材料，但由于碳纳米管容易相互缠绕聚集，表面活性不高，与树脂的粘结性差，很难均匀分散在树脂中，得到的复合材料性能不佳。因此现有技术中采用浓硫酸和硝酸的混合酸对碳纳米管进行酸化后直接用KH560改性碳纳米管，可以在一定程度上改善其分散性，但当碳纳米管加量稍多时，其分散性能并不够理想，导致其与有机高分子混合制备的复合材料性能受到影响。
【发明内容】
[0005]本发明针对上述不足之处而提供的一种Fe203改性多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料及其制备方法，通过制备Fe203-MWCNTs杂化材料，适当地降低多壁碳纳米管的比表面积，得到长径比相对较高的Fe203-MWCNTS复合材料，同时用KH560对其进行有机改性，其与环氧树脂混合后，明显改善了其与环氧树脂的相容性，从而得到分散性能良好的纳米复合涂层，同时也增加复合涂层的防腐蚀性能以及机械性能。
[0006]为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0007]一种Fe203改性多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤:
[0008](1)酸化多壁碳纳米管的制备
[0009]称取多壁碳纳米管于烧杯中，然后加入浓硫酸和浓硝酸体积比为3:1的混酸，超声振荡lh后移入三口烧瓶中，40°C，200r/min搅拌12h，接着用去离子水稀释，抽滤，用0.lmol/L氢氧化钠溶液洗至中性，80°C烘干，得酸化多壁碳纳米管;其中多壁碳纳米管与混酸的重量比为1: 10;浓硫酸的浓度为98%，浓硝酸浓度为95% ;
[0010](2) Fe203-MWCNTs杂化材料的制备
[0011]称取酸化后的多壁碳纳米管于去离子水中，超声分散15min，再移入三口烧瓶中在40°C下强烈搅拌30min，将氯化铁慢慢加入三口烧瓶中，用氢氧化钠溶液调节pH值为9.2，在80°C下反应4h，将所得溶液静置12h，过滤、烘干得到Fe (OH) 3_MWCNTs杂化粒子，然后将其置于500°C下煅烧2h，得到Fe203-MWCNTs杂化材料;其中与去离子水混合超声分散15min后酸化多壁碳纳米管浓度为5%，氯化铁与酸化后的多壁碳纳米管的重量比为2:1;
[0012](3)改性 Fe203-MWCNTs 的制备
[0013]称取Fe203-MWCNTS杂化材料加入无水乙醇/去离子水混合溶液中，超声分散30min，再加入KH560，超声分散20min，然后在80°C下搅拌lh，过滤、烘干，得改性的Fe203-MWCNTS;其中无水乙醇/去离子水混合溶液中去离子水与无水乙醇的体积比为1:6; Fe203-MWCNTs杂化材料与无水乙醇/去离子水混合溶液的重量比为1:20;KH560占Fe203-MWCNTs杂化材料重量的2% ;搅拌速度为200r/min;
[0014](4)Fe203-MWCNTs/epoxy 复合材料的制备
[0015]将改性的Fe203-MWCNTs与环氧树脂混合，快速搅拌混匀制得Fe203-MWCNTs/epoxy复合涂层，其中改性的Fe203-MWCNTS的质量分数为2%。
[0016]提供的一种Fe203改性多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料及其制备方法，具有以下几种有益效果:
[0017](1)通过氧化铁和KH560对多壁碳纳米管进行有机-无机改性，明显改善了其与环氧树脂的相容性，当改性后的Fe203-MWCNTs与环氧树脂混合后，可以得到分散性良好的纳米复合涂层，可以增加复合涂层的防腐性能及机械性能。
[0018](2)制备过程简单，适应于工业化生产。
【附图说明】
[0019]图1 为Fe203-MWCNTs/epoxy、MWCNTs/epoxy、epoxy 在浓度为3.5% 的 NaCl 溶液中浸泡2h后的阻抗谱图；
[0020]图2 为Fe203-MWCNTs/epoxy、MWCNTs/epoxy、epoxy 在浓度为3.5% 的NaCl 溶液中浸泡48h后的阻抗谱图；
[0021 ]图 3 为Fe203-MWCNTs/epoxy、MWCNTs/epoxy、epoxy 在浓度为3.5% 的NaCl 溶液中浸泡64h后的阻抗谱图；
[0022]图4为epoxy在浓度为3.5%的NaCl溶液中浸泡48h的能谱图；
[0023]图5为epoxy在浓度为3.5%的NaCl溶液中浸泡64h的能谱图；
[0024]图6 为Fe203-MWCNTs/epoxy、MWCNTs/epoxy、epoxy 在浓度为3.5% 的NaCl 溶液中浸泡96h后的阻抗谱图；
[0025]图7 为Fe203-MffCNTs/epoxy、MWCNTs/epoxy、epoxy 的热失重图谱；
[0026]图8为Fe203-MWCNTs/印oxy复合材料断面放大10000倍的SEM图；
[0027]图9为MWCNTs/epoxy复合材料断面放大10000倍的SEM图；
[0028]图10为epoxy断面放大10000倍的SEM图；
[0029]图11为Fe203-MWCNTs/印oxy复合材料断面放大30000倍的SEM图；
[0030]图12为MWCNTs/epoxy复合材料断面放大30000倍的SEM图；[0031 ] 图13为Fe203-MWCNTs/印oxy复合材料断面放大50000倍的SEM图；
[0032]图14为MWCNTs/epoxy复合材料断面放大50000倍的SEM图；
[0033]图15为epoxy断面放大50000倍的SEM图。
【具体实施方式】
[0034]实施例1
[0035]一种Fe203改性多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤:
[0036](1)酸化多壁碳纳米管的制备
[0037]称取多壁碳纳米管于烧杯中，然后加入浓硫酸和浓硝酸体积比为3:1的混酸，超声振荡lh后移入三口烧瓶中，40°C，200r/min搅拌12h，接着用去离子水稀释，抽滤，用0.lmol/L氢氧化钠溶液洗至中性，80°C烘干，得酸化多壁碳纳米管;其中多壁碳纳米管与混酸的重量比为1: 10;浓硫酸的浓度为98%，浓硝酸浓度为95% ;
[0038](2)Fe203-MWCNTs杂化材料的制备
[0039]称取酸化后的多壁碳纳米管于去离子水中，超声分散15min，再移入三口烧瓶中在40°C下强烈搅拌30min，将氯化铁慢慢加入三口烧瓶中，用氢氧化钠溶液调节pH值为9.2，在80°C下反应4h，将所得溶液静置12h，过滤、烘干得到Fe (OH) 3_MWCNTs杂化粒子，然后将其置于500°C下煅烧2h，得到Fe203-MWCNTs杂化材料;其中与去离子水混合超声分散15min后酸化多壁碳纳米管浓度为5%，氯化铁与酸化后的多壁碳纳米管的重量比为2:1;
[0040](3)改性 Fe203-MWCNTs 的制备
[0041 ] 称取Fe203-MWCNTs杂化材料加入无水乙醇/去离子水混合溶液中，超声分散30min，再加入KH560，超声分散20min，然后在80°C下搅拌lh，过滤、烘干，得改性的Fe203-MWCNTS;其中无水乙醇/去离子水混合溶液中去离子水与无水乙醇的体积比为1:6; Fe203-MWCNTs杂化材料与无水乙醇/去离子水混合溶液的重量比为1:20;KH560占Fe203-MWCNTs杂化材料重量的2% ;搅拌速度为200r/min;
[0042](4)Fe203-MWCNTs/epoxy 复合材料的制备
[0043]将改性的Fe203-MWCNTs与环氧树脂混合，快速搅拌混匀制得Fe203-MWCNTs/epoxy复合涂层，其中改性的Fe203-MWCNTS的质量分数为2%。
[0044]实施例2
[0045]—种MWCNTs/epoxy复合涂层的制备方法，包括以下步骤:
[0046](1)酸化多壁碳纳米管的制备
[0047]称取多壁碳纳米管于烧杯中，然