雷佑安，曾勤，張紅文，張旭玲
（湖北省化學研究院，湖北武漢430074）
Study on curing behavior of epoxy resin adhesive composited with carbon nanotubes(cnts) at room temperature
LEI You-an, ZENG Qin, ZHANG Hong-wen, ZHANG Xu-ling
(HuBei Research Institute of Chemistry, Wuhan 430074, China)
Abstract：The epoxy resin adhesives composited with multi-walled carbon nanobutes(MWCNTs) curing at room temperatue were prepared by solution blend process using different diameter of CNTs and different weight percents of CNTs. In the solution blend, urltrosonic and three-roller grinder were used. The temperature-time characteristic curve of various composites was studied in this paper. The experiment results show that the presence of CNTs leads to a significant decrease in the exothermic peak temperature of curing reaction, but there is only little effect on the curing time of the samples.
Key words：carbon nanotubes(CNTs)；epoxy resin adhesive；room temperature curing
摘要：應用三輥研磨、超聲等手段將多壁碳納米管（MCNT）與CH6型室溫固化環氧膠直接共混，制得了碳納米管環氧復合膠。實驗測定了室溫40℃時不同管徑及含量的碳納米管環氧復合膠的最高放熱溫度和最短固化時間，研究了碳納米管的加入對其固化過程的影響。實驗結果表明，碳納米管的加入使室溫固化環氧膠最高放熱溫度明顯下降，但對最短固化時間的影響不大。
關鍵詞：碳納米管；環氧膠；室溫固化；
中圖分類號：TB383 文獻標識碼：A
文章編號：1001-9731（2004）增刊
1 引言
自1991年日本NEC公司的飯島博士首次發現碳納米管后[1]，已逐漸成為當今眾多納米材料中研究最多、應用最廣的一種。碳納米管有獨特的納米結構、超強的理化性質[2]，在電子和復合材料領域的應用潛力巨大。近年來，碳納米管/高分子樹脂復合物的研究十分活躍，范圍涉及到傳統的橡膠、塑料和纖維的各個領域[3~5]。碳納米管作為導電材料與環氧樹脂基形成的室溫固化膠可望應用于屏蔽材料、導電膠、防靜電涂層等方面。本文采用添加表面處理劑的三輥研磨與超聲分散并用的直接共混復合工藝制得室溫固化的碳納米管環氧復合膠，測定了不同管徑及不同含量多壁碳納米管環氧復合膠室溫固化最高放熱溫度和最短固化時間，研究了碳納米管的加入對環氧膠室溫固化過程的影響。實驗旨在給電磁屏蔽材料、罐封料、復合導電膠等諸多應用領域提供實驗參考。
2 實驗
2.1 主要原料
CH6型室溫固化雙組份無溶劑環氧膠：A組份環氧基體樹脂；B組份改性胺固化劑，湖北省化學研究院；多壁碳納米管：管徑10~20nm、20~40nm和40~60nm，深圳納米港有限公司；表面處理劑為自制；溶劑為丙酮，C. P。
2.2 樣品制備
把碳納米管加入到表面處理劑的丙酮溶液中浸泡處理，加入環氧膠A組份后充分攪拌，再經三輥研磨和超聲處理使碳納米管均勻分散在A組份中。經60℃真空抽去溶劑，制得不同管徑和不同含量的碳納米管環氧復合膠A組份。按配比A∶B為1∶0.3加入B組份攪拌均勻用于測試。
2.3 測試
參照GB7193.4-87方法稱取試樣各25g，作恒溫40℃時碳納米管復合環氧膠反應活性試驗，記錄試樣反應溫度-時間曲線，測定反應最高放熱溫度及最短固化時間。
（1）最高放熱溫度：40℃恒溫時固化反應達到的最高溫度值；
（2）最短固化時間：從起始反應溫度26℃到最高放熱溫度的時間。
3 結果與討論
3.1 CH6型無溶劑環氧膠固化反應活性測定
我們通過不同溫度下環氧膠固化的對比試驗，選定室溫40℃作為恒溫固化試驗的反應溫度。測定CH6型環氧膠（A組份）40℃恒溫的溫度-時間曲線a及CH6型環氧膠A、B組份混合后固化反應溫度-時間曲線b，得到結果如圖1所示。a是A組份由室溫逐漸升溫達到40℃，表明這是一個A組份在恒溫水浴中加熱并最終達到熱平衡的過程。而b則是在溫度上達到26℃后升溫速度急劇加快，為固化反應放熱和水浴加熱共同作用的結果。此試驗說明CH6型環氧膠固化反應開始的溫度為26℃。
3.2 不同管徑碳納米管對環氧膠固化反應最高放熱溫度的影響
試驗對比了3種不同管徑的碳納米管對環氧復合膠固化過程的影響。測試結果如圖2所示，無碳納米管環氧膠的最高放熱溫度為66.8℃，而相同碳納米管含量（2%）的不同管徑試樣則分別為62、53.5和52℃。隨著管徑的增加最高放熱溫度逐漸下降，是因為大管徑的碳納米管熱導比較大，傳遞熱量速度較快所致[6]。4個試樣最短固化時間分別為14、16、16和14min，該數據說明碳納米管的加入對CH6型環氧膠最短固化時間影響不大。
3.3 不同含量碳納米管對環氧膠固化過程的影響
實驗測定了無碳納米管環氧膠和加入同一管徑（10～20nm）但不同含量碳納米管環氧復合膠的最高放熱溫度和最短固化時間，其結果如圖3所示。實驗數據顯示，碳納米管的加入使環氧膠的固化反應最高放熱溫度下降，由不加碳納米管的66.8℃分別遞降為62.5、62、58.1和54.2℃，且隨著含量的增加下降越明顯。原因是由于碳納米管有良好的導熱性，碳納米管含量增加后傳遞固化反應放出的熱量也相應增加。5個試樣的最短固化時間則分別為14、14、16、16和17min，不加碳納米管和含量為1.27%的試樣時間相同，說明由于碳納米管含量很低對環氧膠最短固化時間影響不大。當碳納米管含量從2%提高到3%和4%時，該環氧膠最短固化時間趨于穩定值17min。
4 結論
通過測定碳納米管復合CH6型環氧膠的固化反應溫度-時間曲線進行的研究，得到了如下結果：
（1）隨碳納米管含量增加，最高放熱溫度明顯下降；
（2）碳納米管的加入對環氧復合膠最短固化時間的影響不大。
參考文獻：
[1] Iijima S. [J]. Nature，1991，289: 602-604.
[2] 成會明. 碳納米管制備、結構、物性及應用[M]. 北京: 化學工業出版社, 2002, 27-32.
[3] Sandler J, et al. [J]. Polymer, 1999, 40: 5967-5971.
[4] Zhijie Jia, et al. [J]. Materials Science and Engineering, 1999，A27: 1395-400.
[5] Stephan C, et al. [J]. Synthetic Metals, 2000, 108: 139-149.
[6] Osman T A, Srivastara D. [J]. Nanotech, 2001, 12: 21-24.
作者簡介：雷佑安（1979－），男，湖北省化學研究院在讀研究生，現主要從事碳納米管復合材料的研究。E-mail:[email protected].
論文來源：中國功能材料及其應用學術會議,2004年,9月12-16日
