雷佑安，曾勤，张红文，张旭玲
（湖北省化学研究院，湖北武汉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：应用三辊研磨、超声等手段将多壁碳纳米管（MCNT）与CH6型室温固化环氧胶直接共混，制得了碳纳米管环氧复合胶。实验测定了室温40℃时不同管径及含量的碳纳米管环氧复合胶的最高放热温度和最短固化时间，研究了碳纳米管的加入对其固化过程的影响。实验结果表明，碳纳米管的加入使室温固化环氧胶最高放热温度明显下降，但对最短固化时间的影响不大。
关键词：碳纳米管；环氧胶；室温固化；
中图分类号：TB383 文献标识码：A
文章编号：1001-9731（2004）增刊
1 引言
自1991年日本NEC公司的饭岛博士首次发现碳纳米管后[1]，已逐渐成为当今众多纳米材料中研究最多、应用最广的一种。碳纳米管有独特的纳米结构、超强的理化性质[2]，在电子和复合材料领域的应用潜力巨大。近年来，碳纳米管/高分子树脂复合物的研究十分活跃，范围涉及到传统的橡胶、塑料和纤维的各个领域[3~5]。碳纳米管作为导电材料与环氧树脂基形成的室温固化胶可望应用于屏蔽材料、导电胶、防静电涂层等方面。本文采用添加表面处理剂的三辊研磨与超声分散并用的直接共混复合工艺制得室温固化的碳纳米管环氧复合胶，测定了不同管径及不同含量多壁碳纳米管环氧复合胶室温固化最高放热温度和最短固化时间，研究了碳纳米管的加入对环氧胶室温固化过程的影响。实验旨在给电磁屏蔽材料、罐封料、复合导电胶等诸多应用领域提供实验参考。
2 实验
2.1 主要原料
CH6型室温固化双组份无溶剂环氧胶：A组份环氧基体树脂；B组份改性胺固化剂，湖北省化学研究院；多壁碳纳米管：管径10~20nm、20~40nm和40~60nm，深圳纳米港有限公司；表面处理剂为自制；溶剂为丙酮，C. P。
2.2 样品制备
把碳纳米管加入到表面处理剂的丙酮溶液中浸泡处理，加入环氧胶A组份后充分搅拌，再经三辊研磨和超声处理使碳纳米管均匀分散在A组份中。经60℃真空抽去溶剂，制得不同管径和不同含量的碳纳米管环氧复合胶A组份。按配比A∶B为1∶0.3加入B组份搅拌均匀用于测试。
2.3 测试
参照GB7193.4-87方法称取试样各25g，作恒温40℃时碳纳米管复合环氧胶反应活性试验，记录试样反应温度-时间曲线，测定反应最高放热温度及最短固化时间。
（1）最高放热温度：40℃恒温时固化反应达到的最高温度值；
（2）最短固化时间：从起始反应温度26℃到最高放热温度的时间。
3 结果与讨论
3.1 CH6型无溶剂环氧胶固化反应活性测定
我们通过不同温度下环氧胶固化的对比试验，选定室温40℃作为恒温固化试验的反应温度。测定CH6型环氧胶（A组份）40℃恒温的温度-时间曲线a及CH6型环氧胶A、B组份混合后固化反应温度-时间曲线b，得到结果如图1所示。a是A组份由室温逐渐升温达到40℃，表明这是一个A组份在恒温水浴中加热并最终达到热平衡的过程。而b则是在温度上达到26℃后升温速度急剧加快，为固化反应放热和水浴加热共同作用的结果。此试验说明CH6型环氧胶固化反应开始的温度为26℃。
3.2 不同管径碳纳米管对环氧胶固化反应最高放热温度的影响
试验对比了3种不同管径的碳纳米管对环氧复合胶固化过程的影响。测试结果如图2所示，无碳纳米管环氧胶的最高放热温度为66.8℃，而相同碳纳米管含量（2%）的不同管径试样则分别为62、53.5和52℃。随着管径的增加最高放热温度逐渐下降，是因为大管径的碳纳米管热导比较大，传递热量速度较快所致[6]。4个试样最短固化时间分别为14、16、16和14min，该数据说明碳纳米管的加入对CH6型环氧胶最短固化时间影响不大。
3.3 不同含量碳纳米管对环氧胶固化过程的影响
实验测定了无碳纳米管环氧胶和加入同一管径（10～20nm）但不同含量碳纳米管环氧复合胶的最高放热温度和最短固化时间，其结果如图3所示。实验数据显示，碳纳米管的加入使环氧胶的固化反应最高放热温度下降，由不加碳纳米管的66.8℃分别递降为62.5、62、58.1和54.2℃，且随着含量的增加下降越明显。原因是由于碳纳米管有良好的导热性，碳纳米管含量增加后传递固化反应放出的热量也相应增加。5个试样的最短固化时间则分别为14、14、16、16和17min，不加碳纳米管和含量为1.27%的试样时间相同，说明由于碳纳米管含量很低对环氧胶最短固化时间影响不大。当碳纳米管含量从2%提高到3%和4%时，该环氧胶最短固化时间趋于稳定值17min。
4 结论
通过测定碳纳米管复合CH6型环氧胶的固化反应温度-时间曲线进行的研究，得到了如下结果：
（1）随碳纳米管含量增加，最高放热温度明显下降；
（2）碳纳米管的加入对环氧复合胶最短固化时间的影响不大。
参考文献：
[1] Iijima S. [J]. Nature，1991，289: 602-604.
[2] 成会明. 碳纳米管制备、结构、物性及应用[M]. 北京: 化学工业出版社, 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.
作者简介：雷佑安（1979－），男，湖北省化学研究院在读研究生，现主要从事碳纳米管复合材料的研究。E-mail:leiyouan@163.net.
论文来源：中国功能材料及其应用学术会议,2004年,9月12-16日
