碳纤维/碳纳米管/环氧树脂多维混杂复合材料的制备方法

摘要

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种碳纤维/碳纳米管/环氧树脂多维混杂复合材料的制备方法。本发明将碳纳米管和碳纤维经过表面羧基化、酰氯化后，再在其上引入二元胺或多元胺，将接有此氨基的碳纳米管用小分子芳香族多元酸酐化合物修饰，制备携带酸酐基团的碳纳米管。超声波振荡和高速搅拌，使碳纳米管分散于环氧树脂基体中，采用有机酸酐类固化剂固化，以得到含有碳纳米管的环氧树脂聚合物作为基体和碳纤维复合，形成以共价键相连的多维混杂复合材料结构。本发明制备方便；赋予碳纳米管参与反应的活性，碳纳米管上的酸酐基团与环氧树脂中的环氧基团发生化学交联，从而提高了碳纳米管在环氧树脂中的分散，利用碳纳米管的强度和韧性强韧化环氧树脂，提高与碳纤维基面的粘结强度，从而提高碳纤维/碳纳米管/环氧树脂多维混杂复合材料的整体性能，拓宽碳纤维、碳纳米管和环氧树脂的应用。

主权项

一种碳纤维/碳纳米管/环氧树脂多维混杂复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：(1)称取1～1×102g干燥的碳纳米管和10g～1×103g酸混合，在1～120kHz超声波或10r/min～106r/min的离心速度搅拌下处理1～80小时，然后加热至20～180℃，反应1～48小时，以微滤膜抽滤，反复洗涤至中性，在25～150℃温度下真空干燥1～48小时，得到纯化的碳纳米管；所述酸为1～35％重量酸浓度的硝酸、1～55％重量酸浓度的硫酸或1～50％重量酸浓度的盐酸中任一种或其混合液；(2)将1～1×102g干燥的碳纤维、步骤(1)中得到纯化碳纳米管1～1×102g分别和强氧化性酸1～1×104mL混合，在1～120kHz超声波下处理1～80小时，然后加热到25～120℃，搅拌并回流反应1～80小时，超微孔滤膜抽滤，反复洗涤至溶液呈中性，在25～200℃温度下真空干燥1～48小时，分别得到酸化的碳纤维和碳纳米管；(3)将步骤(2)所得酸化的碳纤维和碳纳米管1～1×102g分别和酰化试剂10～1×104g，以1～120kHz超声波处理0.1～10小时后，加热到25～220℃，搅拌并回流反应0.5～100小时，抽滤并反复洗涤除去酰化试剂，分别得到酰基化的碳纤维和碳纳米管；(4)将步骤(3)所得酰化碳纤维和碳纳米管1～1×102g分别和二元胺或多元胺10～1×104g，以1～100kHz超声波处理1～100小时，然后在25～200℃温度下反应0.5～100小时，抽滤并反复洗涤，在25～200℃温度下真空干燥1～48小时，分别得到表面带有活性氨基的接枝型碳纤维和碳纳米管；(5)将步骤(4)所得表面带有活性氨基的碳纤维和碳纳米管1～1×102g在极性有机溶剂冰浴中搅拌滴加1～100g的芳香族酸酐化合物，滴加完毕后升温至100～150℃回流3～12小时，用极性有机溶剂洗去未反应的芳香族酸酐化合物，40～80℃下真空干燥3～12小时，得到带有活性酸酐基团的碳纤维和碳纳米管；(6)将步骤(5)所得表面带有活性酸酐基团的碳纳米管1～1×102g和环氧树脂10～1×104g，升温至树脂基体熔融后，搅拌分散均匀并在真空条件下除气泡，同时进行化学交联反应，得到含有碳纳米管的环氧树脂聚合物；(7)将以步骤(6)所得到含有碳纳米管的环氧树脂聚合物20g‑25g作为基体和碳纤维20g‑100g机械混合，在60～100℃，超声波分散1～12小时，加入40～50g有机酸酐类固化剂，将以上固化体系倒入模具中，真空条件下除气泡，在100～250℃下固化成型，得到含碳纤维/碳纳米管/环氧树脂多维混杂复合材料。