石墨及功能化碳纤维增强聚酰亚胺复合材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种石墨及功能化碳纤维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羧基化功能化，在碳纳米管上引入二元胺或多元胺，得到的表面氨基化的碳纳米管与表面经过羧基化的碳纤维反应，得到表面接枝有碳纳米管的碳纤维，再将表面接枝有碳纳米管的碳纤维进行后氨化处理，引入二元胺或多元胺，得到氨基化的碳纤维表面接枝有碳纳米管的增强体；将石墨与聚酰亚胺树脂混合搅拌均匀，再与功能化的碳纤维增强体复合，得到石墨及功能化碳纤维增强聚酰亚胺复合材料。本发明反应步骤简单可控，利用碳纳米管的强度和韧性强韧化碳纤维，改善碳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；利用石墨的高润滑性和良好的热稳定性改善树脂基体。可以应用在机械电子、航空航天、风力发电以及交通运输等各个领域。

主权项

一种石墨及功能化碳纤维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，洗涤至滤液为中性，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1～1×102g干燥的碳纤维和强氧化性酸1～1×104mL混合，在1~120kHz超声波下处理0.1～12小时，然后加热到25～120℃，搅拌并回流反应0.2～12小时，经去离子水洗涤，滤纸抽滤，洗涤至滤液呈中性，在25～150℃温度下真空干燥1～48小时，得到酸化的碳纤维；(3)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，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；(4)将步骤(3)所得酸化的碳纳米管0.1～1×10g、二元胺或多元胺1～1×103g、有机溶剂1～1×103mL和缩合剂0.1～1×10g混合，以1~120kHz超声波处理0.1～96小时，在25～220℃温度下反应1～96小时后，抽滤并洗涤，在25~200℃温度下真空干燥1～48小时，得到氨化的碳纳米管；(5)将步骤(4)所得氨基化的碳纳米管0.1～1×10g、步骤(2)所得的酸化碳纤维1～1×102g、有机溶剂1～1×103mL和缩合剂0.1～1×10g混合，以1~120kHz超声波处理0.1～12小时，在温度为25～220℃下反应0.1～96小时后，往其中添加二元胺或多元胺0.1～1×102g和缩合剂0～1×10g再反应1～96小时，抽滤并洗涤，在25~200℃温度下真空干燥1～48小时，得到的碳纤维表面接枝有氨基和碳纳米管；(6)称取0.1～1×10g干燥的石墨和1～1×103g聚酰亚胺树脂混合搅拌均匀，再与功能化的碳纤维增强体1～1×102g经真空模压除泡复合，在温度为50～400℃下反应0.5～48小时，得到石墨及功能化碳纤维增强聚酰亚胺复合材料。