环氧树脂多壁碳纳米管导电复合材料研究.pdf

18工程塑料应用2009年
，第37卷，第3期

环氧树脂／多壁碳纳米管导电复合材料研究术

潘晓艳方斌陈长鑫
(华东理工大学材料科学与工程学院，上海200237)(上海交通大学微纳科学技术研究院，上海200240)

摘要采用不同氧化性的酸对多壁碳纳米管(MWNTs)进行处理，制备了环氧树脂(EP)／MWNTs导电复合材
料。研究表明，少量的MWNTs就能使EP的导电性能有很大的提高；HNO酸化处理不仅可在MWNTs表面引入活
性基团并将MWNTs截短到合适的长度，改善其在树脂中的分散性，而且能有效去除非晶碳杂质，提高MWNTs的导
电性，使EP／MWNTs复合材料的导电性能最好，渗流阈值只有0．5％左右；未处理的MWNTs在EP中的分散性较差，
复合材料的渗流阈值为1．3％左右；而经混酸酸化处理的MWNTs中存在许多缺陷，且MWNTs的长度变得太短，复
合材料的导电性能最差，渗流阂值为1．6％左右。
关键词多壁碳纳米管环氧树脂酸化处理表面电阻率渗流阂值

随着电子技术的发展，具有一定导电性能的聚四乙烯五胺：国药集团化学试剂有限公司。
合物材料越来越受到人们的青睐。当前普遍采用的1．2仪器、设备
提高聚合物材料导电性能的方法就是向聚合物材料超声清洗仪：KWT一1012型，上海市科伟达超
中加入一定量的碳系或者金属填充物。但是，使用声波科技有限公司；
这些材料作为填充物时所需的用量一般都较高，这恒温磁力搅拌器：94—2型，上海梅颖浦仪器仪
不仅使聚合物材料本身固有的特性受到较大影响，表制造有限公司；
而且也使制得的复合材料的力学性能和加工性能变扫描电子显微镜(SEM)：$4700型，日本Hita-
差。碳纳米管凭借其独特的一维纳米结构和优异的chi公司；
电学性能，极低的用量即可使聚合物材料的导电性红外光谱(FTIR)仪：EQUINOX55型，德国
能获得很大的提高，且能有效提高复合材料的力学Bruker公司：
性能，成为一种极具潜力的导电改性剂⋯。拉曼光谱仪：LabRAM—ED型，法国HoribaJo—
环氧树脂(EP)具有优良的力学性能和物理化binYvon公司：
学性能，可作为涂料、胶粘剂、复合材料的树脂基体表面电阻测量仪：SL一030型，德国KingGlory
等，在航天器、太空飞船、电子产品等领域中发挥着Technology公司。
重要作用一73。将碳纳米管与EP复合可使EP绝1．3试样制备
缘体具有一定的导电性，从而扩大EP的应用范围。(1)MWNTs的酸化处理
未处理的碳纳米管在聚合物中极易发生团聚，研采用两种不同氧化性的酸对MWNTs进行氧化
究_8表明，碳纳米管在聚合物中的分散状况可影响处理：①称取3gMWNTs、200mL浓HNO3置于圆
底烧瓶中，在60~C下搅拌回流反应2h后用孔径为
材料的力学、导电性能。目前，用于提高碳纳米管分
散性的方法包括表面修饰法、酸氧化法、高0．22m的微孔滤膜进行真空抽滤，并用蒸馏水反
速剪切法¨等。笔者采用不同氧化性的酸对多壁复洗涤MWNTs至洗液呈中性，之后将MWNTs置于
80~C真空烘箱中真空干燥10h，得到HNO酸化处
碳纳米管(MWNTs)进行处理，并结合高速搅拌和超
理的MWNTs；②称取3gMWNTs置于圆底烧瓶中，
声分散手段提高MWNTs在EP中的分散性，比较了
加入预先配置的200mL浓HS0和浓HNO的混酸
酸化处理对MWNTs分散性及MWNTs／EP复合材料
(HSO、HNO的体积比为3：1)，之后的处理方法
导电性能的影响。
与①相同，得到混酸酸化处理的MWNTs。
1实验部分
1．1主要原材料
国家自然科学基金项目(60807008)、上海应用材料研究与发
MWNTs：直径10～20liB，长度lO～15m，纯展基金项目(08520741500)、高等学校博士学科点专项科研基金项

度约为70％，深圳纳米港有限公司；目(200802481028)
EP：E一51，双酚A型，上海树脂厂；收稿日期：2008—12—17
潘晓艳，等：环氧树脂／多壁碳纳米管导电复合材料研究19

(2)EP／MWNTs复合材料的制备处理的MWNTs的还要高。这是由于混酸的氧化性
将未处理及经酸化处理的MWNTs按配比分别很强，它在去除非晶碳的同时也使MWNTs产生许
加入一定量的丙酮中，超声分散1h，之后加入到预多缺陷，破坏了原始MWNTs的有序度，导致J。／。
热的EP中，先恒温磁力搅拌1h，然后高能超声分变高。
散5h，使EP与MWNTs充分混合均匀，加热蒸发溶
剂；加入一定比例的固化剂四乙烯五胺搅拌均匀，浇
强
入模具中，抽真空脱除气泡，并升温固化，冷却脱模靛
即制得EP／MWNTs复合材料。
1．4性能测试
对未处理、经酸化处理的MWNTs进行拉曼光
谱测试