一种碳纳米管接枝玻璃纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺复合材料的制备方法

摘要

本发明属于纳米技术领域，具体涉及一种碳纳米管接枝玻璃纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺复合材料的制备方法。本发明将碳纳米管经过纯化后，再进行羧基化后，得到表面接有羧基的碳纳米管，再将羧基化的碳纳米管均匀分散在有机溶剂中与玻璃纤维反应，得到玻璃纤维表面接枝有碳纳米管，再将表面接枝有碳纳米管的玻璃纤维浸入偶联剂溶液中处理，得到碳纳米管接枝改性功能化玻璃纤维的多尺度增强体；然后利用此多尺度增强体与聚酰亚胺进行加成反应，生成多尺度增强体增强的聚酰亚胺树脂复合材料。本发明反应步骤简单，利用碳纳米管的强度和韧性强韧化玻璃纤维，改善玻璃纤维与树脂基体的粘结性能，提高复合材料的界面粘结强度。可以广泛应用于航空航天、交通运输、风力发电以及机械电子等领域。

主权项

一种碳纳米管接枝玻璃纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：(1)称取0.1～1×10g干燥的碳纳米管和10～1×104mL无机酸混合，在1~120kHz超声波或10 r/min~106 r/min的离心速度搅拌下处理0.1～24小时，然后加热至20～150℃，反应1～48小时，经去离子水稀释洗涤，微孔滤膜抽滤，反复洗涤至滤液呈中性，在温度为25～150℃下真空干燥1～48小时，得到纯化的碳纳米管；(2)将步骤(1)中得到的纯化碳纳米管0.1～1×10g和强氧化性酸1～1×103mL混合，在1~120kHz超声波下处理0.1～80小时，然后加热到25～120℃，搅拌并回流反应1～80小时，经去离子水稀释洗涤，超微孔滤膜抽滤，反复洗涤至滤液呈中性，在25～200℃温度下真空干燥1～48小时，得到酸化的碳纳米管；所述强氧化性酸为1∕100～100∕1摩尔比高锰酸钾和硫酸混合溶液、1∕100～100∕1摩尔比硝酸和硫酸混合溶液、1∕100～100∕1摩尔比高锰酸钾和硝酸混合溶液、1∕100～100∕1摩尔比过氧化氢和硫酸混合液、1∕100～100∕1摩尔比过氧化氢和盐酸混合液、1∕100～100∕1摩尔比过氧化氢和硝酸混合液或15～95％重量浓度过氧化氢溶液中任一种或其多种组合；(3)将步骤(2)所得酸化的碳纳米管0.1～1×10g和1～1×103mL有机溶剂混合，以1~120kHz超声波或搅拌处理1分钟～24小时，使酸化的碳纳米管均匀分散在有机溶剂中，在5～120℃温度下，加入0.1～1×103g干燥的玻璃纤维，反应1分钟～96小时后，抽滤并反复洗涤，在25~200℃温度下真空干燥0.1～48小时，得到表面接枝有碳纳米管的玻璃纤维多尺度增强体；所述有机溶剂为苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、丁基甲苯、乙烯基甲苯、乙烯乙二醇醚、二硫化碳、磷酸三邻甲酚、甲醇、乙醇、异丙醇、环己烷、环己酮、甲苯环己酮、乙醚、环氧丙烷、丙酮、甲基丁酮、甲基异丁酮、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、乙腈、吡啶、氯苯、二氯苯、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烯、四氯乙烯、三氯丙烷、二氯乙烷、N,N‑二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二氧六环或四氢呋喃中的任一种或其多种组合；(4)将步骤(3)所得表面接枝有碳纳米管的玻璃纤维多尺度增强体0.1～1×103g浸入1～1×103mL偶联剂溶液中，在5～120℃温度下，反应1分钟～96小时后，抽滤并在25~200℃温度下干燥0.1～48小时，得到表面接枝有碳纳米管的功能化玻璃纤维多尺度增强体；所述偶联剂为铬络合物偶联剂、锆类偶联剂、硅烷类偶联剂、钛酸酯类偶联剂、铝酸酯类偶联剂、马来酸酐及其接枝共聚物类偶联剂、聚氨酯类偶联剂或嵌段聚合物类偶联剂中任一种或其多种组合；(5)将步骤(4)所得的表面接枝有碳纳米管的功能化玻璃纤维多尺度增强体0.1～1×103g和聚酰亚胺1～1×103g，经真空除泡复合成型，得到碳纳米管接枝玻璃纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺复合材料。