CN104262962A - 一种碳纳米管接枝玻璃纤维多尺度增强复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种碳纳米管接枝玻璃纤维多尺度增强复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明为一种碳纳米管接枝玻璃纤维多尺度增强复合材料及其制备方法，是将碳纳米管经过纯化，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、环氧树脂进行加成反应，生成多尺度增强体增强的聚酰亚胺树脂、环氧树脂复合材料。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。

Description

一种碳纳米管接枝玻璃纤维多尺度增强复合材料及其制备方法
 
技术领域
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复合材料及其制备方法。
背景技术
聚酰亚胺是综合性能最佳的有机高分子材料之一，耐高温达 400℃以上 ，长期使用温度范围-200～300℃，无明显熔点，高绝缘性能。聚酰亚胺作为一种特种工程材料，已广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域。近来，各国都在将聚酰亚胺的研究、开发及利用列入21世纪最有希望的工程塑料之一。
环氧树脂优良的物理机械和电绝缘性能、与各种材料的粘接性能、以及其使用工艺的灵活性是其他热固性塑料所不具备的。因此它能制成涂料、复合材料、浇铸料、胶粘剂、模压材料和注射成型材料，在国民经济的各个领域中得到广泛的应用。
玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，是非常好的金属材料替代材料，由于在多个领域得到广泛应用，因此日益受到人们的重视。玻璃纤维通常用作复合材料中的增强材料，电绝缘材料和绝热保温材料，电路基板等国民经济各个领域。玻璃纤维与树脂之间的相容性、亲和性较差，两者之间很难形成有效的界面黏结。为了改善玻璃纤维增强树脂复合材料的界面黏结，可以通过对玻璃纤维表面进行改性，提高玻璃纤维与聚合物基体间的界面粘结强度。碳纳米管奇特的结构赋予其优异的机械性能、电学性能和热力学性能，因此被越来越广泛地作为聚合物的增强材料，制备轻质高强的复合材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳纳米管接枝玻璃纤维多尺度增强复合材料及其制备方法。
本发明提出的一种碳纳米管接枝玻璃纤维多尺度增强复合材料及其制备方法，是将碳纳米管经过纯化，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、环氧树脂进行加成反应，生成多尺度增强体增强的聚酰亚胺树脂、环氧树脂复合材料。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10r/min～106r/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，反复洗涤至滤液呈中性，在温度为15～150℃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1～80小时，然后加热到20～120℃，搅拌并回流反应1～50 小时，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；
 (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1～24小时，使酸化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1～96小时，抽滤并反复洗涤，在20～200℃温度下真空干燥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；
 (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1～96小时后，抽滤并在20～200℃温度下干燥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；
 (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、聚酰亚胺1～1×103g，环氧树脂1～1×103g 和固化剂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。
具体实施方式
实施例1
本发明提出的一种碳纳米管接枝玻璃纤维多尺度增强复合材料及其制备方法，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60kHz超声波或10r/min～106r/min的离心速度搅拌下处理10小时，然后加热至50℃，反应20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50℃下真空干燥24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40小时，然后加热到20～120℃，搅拌并回流反应20小时，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20小时，得到酸化的碳纳米管；
 (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12小时，使酸化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24小时，抽滤并反复洗涤，在20～200℃温度下真空干燥12小时，得到表面接枝有碳纳米管的玻璃纤维多尺度增强体；
 (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24小时后，抽滤并在20～200℃温度下干燥12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；
 (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、聚酰亚胺1～1×103g，环氧树脂1～1×103g 和固化剂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复合材料。
实施例2
本发明提出的一种碳纳米管接枝玻璃纤维多尺度增强复合材料及其制备方法，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10r/min～106r/min的离心速度搅拌下处理12小时，然后加热至20～150℃，反应24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15～150℃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48小时，然后加热到20～120℃，搅拌并回流反应36小时，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36小时，得到酸化的碳纳米管；
 (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12小时，使酸化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36小时，抽滤并反复洗涤，在20～200℃温度下真空干燥36小时，得到表面接枝有碳纳米管的玻璃纤维多尺度增强体；
 (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36小时后，抽滤并在20～200℃温度下干燥12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；
 (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、聚酰亚胺1～1×103g，环氧树脂1～1×103g 和固化剂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复合材料。
实施例3
本发明提出的一种碳纳米管接枝玻璃纤维多尺度增强复合材料及其制备方法，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10r/min～106r/min的离心速度搅拌下处理24小时，然后加热至20～150℃，反应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15～150℃下真空干燥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80小时，然后加热到20～120℃，搅拌并回流反应50小时，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48小时，得到酸化的碳纳米管；
 (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24小时，使酸化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96小时，抽滤并反复洗涤，在20～200℃温度下真空干燥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；
 (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96小时后，抽滤并在20～200℃温度下干燥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；
 (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、聚酰亚胺1～1×103g，环氧树脂1～1×103g 和固化剂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复合材料。

Claims (1)

1.一种碳纳米管接枝玻璃纤维多尺度增强复合材料及其制备方法，其特征在于利用此多尺度增强体与聚酰亚胺、环氧树脂进行加成反应，生成多尺度增强体增强的聚酰亚胺树脂、环氧树脂复合材料。
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