CN109385906A - 一种磁定向碳纳米管增强玻璃纤维环氧复合材料的制备方法 - Google Patents

一种磁定向碳纳米管增强玻璃纤维环氧复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磁定向碳纳米管增强玻璃纤维环氧复合材料的制备方法,包括如下步骤:将碳纳米管分散于有机溶剂中,采用硅烷偶联剂改性制备硅烷化碳纳米管;再加入四氧化三铁纳米磁球,并经水解缩合、过滤、水洗、喷雾干燥得到四氧化三铁接枝碳纳米管纳米粉末;然后,将纳米粉末、分散剂与环氧树脂共混,经搅拌、三辊研磨后添加固化剂,混合均匀后涂覆于玻璃纤维织物表面;最后,抽真空并保持真空状态,施加外磁场至树脂完全固化即得。本发明通过树脂流动剪切力和磁场协同作用,使碳纳米管在玻璃纤维增强复合材料中有效定向,并提高了碳纳米管的分散性,实现了复合材料力学性能的稳定提升。而且,碳纳米管的定向方向可控、高效,便于工业化生产。

Description

一种磁定向碳纳米管增强玻璃纤维环氧复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于玻璃纤维增强聚合物复合材料技术领域,具体涉及一种磁定向碳纳米管增强玻璃纤维/环氧复合材料的制备方法。
背景技术
碳纳米管(CNTs)自1991年被发现以来,因其拥有优异的电学、磁学、力学等性能,在储氢、大容量电池、纳米器件、复合材料等领域中备受青睐。市售CNTs粉末呈现无序分布状态,相互缠绕而不易分散,使其优异特性难以发挥,给研究应用带来了极大不便。研究表明,定向排列的CNTs缠绕较少,可以较大程度地发挥其优异性能。而且,相比无序CNTs/聚合物复合材料,定向CNTs/聚合物复合材料的电学、热学、光学和力学性能更为优异。同时,定向CNTs赋予聚合物一定的支撑作用和柔性,在能源、薄膜等领域显示出重要的应用前景。
目前,CNTs在复合材料中定向方法有:先排列法和后排列法。前者是先用化学气相沉积法制备出定向的CNTs阵列,再将其与聚合物复合。但所制备的CNTs缺陷多,影响其物理性能,且CNTs定向的后处理工艺较为复杂,成本较高。而后排列法是将CNTs先分散于液态聚合物中,再施加物理场(如,机械法、电场法、磁场法等)使CNTs定向。目前该方法主要集中于CNTs在溶剂或树脂中的复合材料取向研究,很少有CNTs在纤维增强复合材料(FRP)中的报道。也未见关于在树脂转移模塑(RTM),真空辅助树脂转移模塑(VARTM),真空辅助树脂注塑(VARIM)等纤维增强复合材料成型工艺中,磁性CNTs容易被纤维织物“过滤”,导致CNTs在复合材料中分布不均的相关报道。如,专利ZL201210153056.1公开一种在复合材料成型工艺中取向CNTs的方法,即在树脂分散液制备、导入和复合材料成型三个过程中分别施加磁诱导使表面包覆镍/铁氧体的CNTs有序化。虽然这种方法提高了CNTs在树脂中的取向程度,但CNTs表面包覆镍/铁氧体等磁性材料的方法和树脂类型都未介绍。欧气局等[欧气局.磁场诱导MWCNTs-Fe3O4改性环氧树脂及碳纤维复合材料研究[D].桂林电子科技大学,2016.]采用水热法在多壁碳纳米管表面沉积四氧化三铁(Fe3O4)颗粒,再利用磁场(≤0.12T)诱导使CNTs在碳纤维复合材料中取向。但也未讨论含磁性CNTs在VARTM过程中被纤维织物过滤问题。因此,亟待需要寻求一种简单易控,且能够保证CNTs在FRP复合材料中定向、均匀分布的方法,从而拓宽FRP复合材料的应用领域。
发明内容
发明所要解决的技术问题是提供一种磁定向碳纳米管增强玻璃纤维/环氧复合材料的制备方法,用于解决复合材料成型工艺中CNTs被玻璃纤维织物阻挡或过滤而造成的集聚问题。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案如下:
一种磁定向碳纳米管增强玻璃纤维/环氧复合材料的制备方法,包括如下步骤:
(1)硅烷化碳纳米管:将碳纳米管、碳二亚胺型缩合剂和酰化催化剂超声分散于有机溶剂中,得到5.0~30g/L的碳纳米管分散液;再加入硅烷偶联剂,搅拌12~36h,经醇洗、过滤得到硅烷化碳纳米管;
(2)碳纳米管接枝四氧化三铁磁球:将步骤(1)得到的硅烷化碳纳米管分散于无水乙醇中,经超声得到10.0~40g/L碳纳米管分散液;再加入四氧化三铁磁球,搅拌、超声后添加去离子水,再持续搅拌0.2~0.5h;最后,经过滤、水洗、喷雾干燥得到碳纳米管接枝磁球纳米粉末;
(3)含定向碳纳米管复合材料制备:将步骤(2)得到的纳米粉末、分散剂与环氧树脂混合,经搅拌、三辊研磨后,再加入固化剂,真空脱泡后得到混合树脂;然后,将混合树脂均匀涂覆于玻璃纤维表面,放置于真空袋中,抽真空并保持真空状态;施加外磁场,直至树脂完全固化,最终得到磁定向碳纳米管增强玻璃纤维/环氧复合材料。
步骤(1)中,所述的碳纳米管为经过酸氧化处理的单壁、双壁或多壁碳纳米管。其中,所述的酸氧化处理是本领域技术人员公知的常规技术,主要目的是为了使碳纳米管表面带有含氧官能团(如羟基、羧基等),常用处理方式有:1.将碳纳米管加入浓硫酸和浓硝酸(体积比为3∶1)的混酸中,在60~80℃下反应2~4h,然后经过过滤、水洗、干燥处理;2.将碳纳米管加入浓硫酸和过氧化氢(体积比为3∶1)的混酸中,在60~80℃下反应2~4h,然后经过过滤、水洗、干燥处理;3.类似上述,使用高锰酸钾和浓硫酸混合后酸氧化碳纳米管。
步骤(1)中,所述的碳二亚胺型缩合剂为N,N′-二环己基碳二亚胺、N,N′-二异丙基碳二亚胺、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺中的任意一种,优选N,N′-二异丙基碳二亚胺,碳二亚胺型缩合剂的用量为碳纳米管质量的0~3.0wt%,优选0~2.0wt%;所述的酰化催化剂为4-二甲氨基吡啶、1-羟基苯并三唑、4-吡咯烷基吡啶、1-羟基-7-偶氮苯并三氮唑中的任意一种,酰化催化剂用量为碳纳米管质量的0~3.0wt%,优选0~2.0wt%。
步骤(1)中,所述有机溶剂为二氯甲烷、二甲基亚砜、四氯化碳、N,N-二甲基甲酰胺中的任意一种,优选N,N-二甲基甲酰胺。
步骤(1)中,所述的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷、γ-二乙烯三胺丙基甲基二甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷中的任一种,优选γ-氨丙基三乙氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷。硅烷偶联剂用量为碳纳米管质量的2.0~5.0wt%,优选2.5~3.5wt%。
步骤(2)中,所述的四氧化三铁磁球粒径为50~600nm,优选100~200nm,磁球用量为碳纳米管质量的100~300wt%,优选100~150wt%。
步骤(1)和(2)中,所述的超声,一般选择功率600W左右,时间30~60min,本发明对超声条件没有苛刻的要求,一般本领域技术人员可以根据实验需要和仪器条件做适当的调整。
步骤(3)中,所述的环氧树脂为缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、酰亚胺环氧树脂、海因环氧树脂中的任意一种,优选缩水甘油醚类环氧树脂。所述环氧树脂的粘度在室温下为1000~3000mPa·s,优选1100~1500mPa·s,所述的环氧树脂的用量为碳纳米管质量的60~200倍;所述固化剂为二乙烯三胺、三乙烯四胺、己二胺、环己二胺、3-二乙氨基丙胺、低分子量聚酰胺中的任意一种或多种组合,优选低分子量聚酰胺。所述的固化剂的使用量为碳纳米管质量的10~80倍。
步骤(3)中,所述的分散剂为聚乙烯醇缩丁醛、烷基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、芳香族化合物、高分子量烷基铵盐共聚物中的任意一种或多种组合,优选芳香族化合物;所述分散剂用量为碳纳米管质量的10~120wt%,优选80~100wt%。
步骤(3)中,所述的三辊研磨,研磨机的进料辊筒与中心辊筒间距先后三次分别调为:30~50μm、10~25μm和3~8μm,且进料辊筒转速设为100~400rpm。
步骤(3)中,所述的磁场范围为0.2~20T,优选0.5~10T,且磁场方向与抽真空过程中树脂流动方向一致。步骤(3)中,所述的玻璃纤维面密度为100~1500g/m2的织物。
本发明的基本原理:本发明首先将CNTs与硅烷偶联剂通过酰化反应或狄尔斯-阿德尔(Diels-Alder)反应得到可水解的硅烷化碳纳米管,再将其与Fe3O4纳米磁球经过水解缩合得到磁性Fe3O4@CNTs;其次,Fe3O4@CNTs粉末在超声、研磨过程中能够良好分散于环氧树脂,所得Fe3O4@CNTs树脂分散液通过涂覆玻璃纤维织物能够较为均匀分布;最后,在复合材料成型过程中,抽真空可使树脂产生一定的流动方向,Fe3O4@CNTs在树脂流动剪切力和磁场的协同作用下,实现CNTs在复合材料中的有序化。
有益效果:与现有技术相比,本发明具有如下技术效果:
(1)本发明将含磁性Fe3O4@CNTs的环氧树脂涂覆在玻璃纤维织物表面,解决了CNTs在复合材料成型过程中易被纤维织物过滤的问题,并提高了CNTs在纤维增强复合材料中的定向程度,解决复合材料成型工艺中CNTs被玻璃纤维织物阻挡或过滤而造成的集聚问题,为制备高性能各向异性的磁性纤维增强复合材料提供了可靠方案。
(2)本发明可实现磁化CNTs在复合材料中定向、均匀分散,成品质量稳定,制备工艺简单,可大规模推广使用。
附图说明
图1为四氧化三铁接枝碳纳米管前后的红外光谱(FT-IR)图;
图2为实施例1中四氧化三铁接枝碳纳米管的微观形貌图(SEM)及其元素分析(EDS);
图3为实施例1中含定向碳纳米管复合材料在沿树脂流动方向任选取树脂基体测试的透射电子显微镜图(TEM)。
具体实施方式
根据下述实施例,可以更好地理解本发明。然而,本领域的技术人员容易理解,实施例所描述的内容仅用于说明本发明,而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
实施例1
一种磁定向碳纳米管增强玻璃纤维/环氧复合材料的制备方法,具体步骤如下:
(1)硅烷化碳纳米管:称取0.5g酸氧化多壁碳纳米管加入0.05L的N,N′-二甲基甲酰胺溶剂中,再称取0.01g N,N′-二异丙基碳二亚胺和0.01g 1-羟基苯并三唑分别加入,搅拌5min、超声30min后得到10g/L的碳纳米管分散液;再加入0.015gγ-氨丙基三乙氧基硅烷,并保持200r/min的转速机械搅拌24h;经无水乙醇清洗3次后过滤得到硅烷化碳纳米管。
(2)碳纳米管接枝四氧化三铁磁球:将步骤(1)中的硅烷化碳纳米管超声分散于0.05L无水乙醇中,得到10g/L的硅烷化碳纳米管分散液;再加入0.55g四氧化三铁磁球,球径约200nm,机械搅拌5min、超声30min;再添加0.001L去离子水,再持续搅拌15min;最后,经过滤、水洗、喷雾干燥得到碳纳米管接枝磁球纳米粉末。
(3)含定向碳纳米管复合材料制备:将步骤(2)中的纳米粉末、0.1g聚乙烯醇缩丁醛(B60T)与37.3g双酚A型缩水甘油醚类环氧树脂(Araldite LY 1564 SP,亨斯迈公司)混合,机械搅拌2h、三辊研磨3次后,再加入12.7g低分子量聚酰胺固化剂(Aradur 3486),再机械搅拌5min,真空脱泡后得到混合树脂;然后,将混合树脂均匀涂覆于166g的单轴向玻璃纤维织物(面密度为1200g/m2)表面,织物双层叠加放置于可抽真空的模具中,抽真空并保持真空状态;施加磁感应强度为1.2T的磁场,直至环氧树脂完全固化,最终得到磁定向碳纳米管增强玻璃纤维/环氧复合材料。
图1为本实施例中Fe3O4接枝碳纳米管前后的FT-IR图。由图1可见,位于3423cm-1处的强峰推测为磁性Fe3O4@CNTs表面-NH-和-OH的重叠伸缩振动峰,1165cm-1为-C-N-的伸缩振动峰,而704cm-1为-NH-的弯曲振动峰;双峰2934cm-1和2860cm-1对应-CH2-的伸缩振动峰;1029cm-1为-Si-O-的伸缩振动峰。由此可见,γ-氨丙基三乙氧基硅烷通过酰胺键与酸化多壁碳纳米管结合,且也作为碳纳米管与Fe3O4之间连接桥梁。图2为本实施例中磁性Fe3O4@CNTs的SEM微观形貌以及EDS元素分析。由图2(a)可见,碳纳米管和Fe3O4都较为均匀的分散;由图2(b)可见,C元素主要来自碳纳米管和γ-氨丙基三乙氧基硅烷;Fe元素主要来自Fe3O4;而N和Si元素来自γ-氨丙基三乙氧基硅烷。这进一步说明碳纳米管和Fe3O4之间通过γ-氨丙基三乙氧基硅烷连接。
表1是对实施例和对比例中玻璃纤维/环氧复合材料在垂直或平行树脂流动方向测试表面电阻结果。由表1所知,对比例1中两个方向测试表面电阻相近,而实施例1中平行树脂流向方向的电阻明显小于垂直树脂流向方向。由此可见,碳纳米管在复合材料中存在一定的定向,且定向的方向与树脂流动方向相近。为进一步验证碳纳米管在复合材料中定向,在复合材料树脂流动方向任意选取树脂基体做TEM测试(如图3所示)。从TEM图中可见,碳纳米管在树脂中具有一定的定向排列,且分散均匀。表2对实施例和对比例中玻璃纤维/环氧复合材料在平行树脂流动方向测试的力学性能结果。由表2所知,相比于对比例1,实施例1中的拉伸和弯曲性能都明显提升。
实施例2
一种磁定向碳纳米管增强玻璃纤维/环氧复合材料的制备方法,其与实施例1不同地方在于,步骤(1)中所述的酸化碳纳米管变为1.2g,所述的N,N′-二异丙基碳二亚胺和1-羟基苯并三唑分别变为0.024g,所述的γ-氨丙基三乙氧基硅烷变为0.03g;步骤(2)中所述四氧化三铁磁球质量变为1.8g;步骤(3)中分散剂变为0.3g的聚乙烯醇缩丁醛(B60H)。
对比例1
将37.3g双酚A型缩水甘油醚类环氧树脂(Araldite LY 1564 SP,亨斯迈公司)与其12.7g低分子量聚酰胺固化剂(Aradur3486)混合,机械搅拌10min后脱泡,得到树脂混合物;再将其均匀涂覆于166g单轴向玻璃纤维织物(面密度为1200g/m2,双层)表面,待浸润完全后,将其置于模具中抽真空,完全固化后即可得到纯玻璃纤维/环氧复合材料。对比例1为实施例1、实施例2的参照。
实施例3
一种磁定向碳纳米管增强玻璃纤维/环氧复合材料的制备方法,其与实施例1不同地方在于,步骤(1)中所述的酸化碳纳米管变为0.6g,所述的有机溶剂变为二氯甲烷,所述的碳二亚胺型缩合剂变为0.018g的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺(EDC),所述的硅烷偶联剂变为0.03g的γ-氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷;步骤(2)中所述的四氧化三铁磁球质量变为1.2g,磁球直径变为约300nm;步骤(3)中分散剂变为0.24g的烷基酚聚氧乙烯醚;所述的环氧树脂变为粘度为1000~1800mPa·s缩水甘油酯类环氧树脂,用量为41.6g;所述固化剂变为593固化剂,用量为8.4g;所述的玻璃纤维材料变为面密度400g/m2的方格布,用量为160g,铺设4层;所述的磁感应强度变为10T。
实施例4
一种磁定向碳纳米管增强玻璃纤维/环氧复合材料的制备方法,其与实施例1不同地方在于,步骤(1)中所述的酸化碳纳米管变为单壁碳纳米管,所述的碳二亚胺型缩合剂和酰化催化剂分别变为0g,所述的硅烷偶联剂变为0.025g的乙烯基三乙氧基硅烷;步骤(2)中所述的四氧化三铁磁球直径变为约600nm;步骤(3)中分散剂变为0.6g的芳香族化合物TNRDIS;所述的环氧树脂变为1500~2000mPa.s的脂环族类环氧树脂,用量为40.9g;所述固化剂变为对苯二胺类固化剂,用量为9.1g;所述的玻璃纤维材料变为面密度为400g/m2的方格布,用量为160g,铺设4层;所述的磁感应强度变为20T。
对比例2
将1000~1800mPa·s缩水甘油酯类环氧树脂和593固化剂混合,机械搅拌10min后脱泡,得到树脂混合物;再将其涂在面密度为400g/m2的玻璃纤维方格布表面,待浸润完全后,将其置于模具中抽真空,完全固化后即可得到纯玻璃纤维/环氧复合材料。对比例2为实施例3、实施例4的参照。
实施例5
一种磁定向碳纳米管增强玻璃纤维/环氧复合材料的制备方法,其与实施例1不同地方在于,步骤(1)中所述的酸化碳纳米管变为0.6g,所述的有机溶剂变为二氯甲烷,所述的碳二亚胺型缩合剂和酰化催化剂分别变为0.018g的N,N′-二环己基碳二亚胺和4-吡咯烷基吡啶,所述的硅烷偶联剂变为0.03g的γ-二乙烯三胺丙基甲基二甲氧基硅烷;步骤(2)中所述的四氧化三铁磁球质量变为0.9g,磁球直径变为约400nm;步骤(3)中分散剂变为0.4g的壬基酚聚氧乙烯醚;所述的环氧树脂变为粘度为2000~3000mPa·s的酰亚胺环氧树脂,用量为45.4g;固化剂变为环己二胺和低分子量聚酰胺的混合物,用量为13.6g;所述的玻璃纤维材料变为面密度为1000g/m2的方格布,用量为138g,铺设2层;所述的磁感应强度变为8T。
实施例6
一种磁定向碳纳米管增强玻璃纤维/环氧复合材料的制备方法,其与实施例1不同地方在于,步骤(1)中所述的碳二亚胺型缩合剂和酰化催化剂分别变为0g,所述的有机溶剂变为二甲基亚砜,所述的硅烷偶联剂变为0.025g的乙烯基三甲氧基硅烷;步骤(2)中所述的四氧化三铁磁球直径变为约300nm;步骤(3)中分散剂变为0.5g的芳香族化合物TNRDIS;所述的环氧树脂变为海因环氧树脂MHR-070,用量为36.7g;固化剂变为低分子量聚酰胺,用量为13.3g;所述的玻璃纤维材料变为面密度为1500g/m2的S-玻璃纤维单向织物,用量为160g,铺设2层;所述的磁感应强度变为15T。
表1玻璃纤维/环氧复合材料的表面电阻
表2玻璃纤维/环氧复合材料的力学性能

Claims (10)

1.一种磁定向碳纳米管增强玻璃纤维环氧复合材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)硅烷化碳纳米管:将碳纳米管、碳二亚胺型缩合剂和酰化催化剂超声分散于有机溶剂中,得到5.0~30g/L的碳纳米管分散液;再加入硅烷偶联剂,搅拌12~36h,经醇洗、过滤得到硅烷化碳纳米管;
(2)碳纳米管接枝四氧化三铁磁球:将步骤(1)得到的硅烷化碳纳米管分散于无水乙醇中,经超声得到10.0~40g/L碳纳米管分散液;再加入四氧化三铁磁球,搅拌、超声后添加去离子水,再持续搅拌0.2~0.5h;最后,经过滤、水洗、喷雾干燥得到碳纳米管接枝磁球纳米粉末;
(3)含定向碳纳米管复合材料制备:将步骤(2)得到的纳米粉末、分散剂与环氧树脂混合,经搅拌、三辊研磨后,再加入固化剂,真空脱泡后得到混合树脂;然后,将混合树脂均匀涂覆于玻璃纤维表面,放置于真空袋中,抽真空并保持真空状态;施加外磁场,直至树脂完全固化,最终得到磁定向碳纳米管增强玻璃纤维环氧复合材料。
2.根据权利要求1所述的磁定向碳纳米管增强玻璃纤维环氧复合材料的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述的碳纳米管为经过酸氧化处理的单壁、双壁或多壁碳纳米管。
3.根据权利要求1所述的磁定向碳纳米管增强玻璃纤维环氧复合材料的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述的碳二亚胺型缩合剂为N,N′-二环己基碳二亚胺、N,N′-二异丙基碳二亚胺、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺中的任意一种,碳二亚胺型缩合剂的用量为碳纳米管质量的0~3.0wt%;所述的酰化催化剂为4-二甲氨基吡啶、1-羟基苯并三唑、4-吡咯烷基吡啶、1-羟基-7-偶氮苯并三氮唑中的任意一种,酰化催化剂用量为碳纳米管质量的0~3.0wt%。
4.根据权利要求1所述的磁定向碳纳米管增强玻璃纤维环氧复合材料的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述有机溶剂为二氯甲烷、二甲基亚砜、四氯化碳、N,N-二甲基甲酰胺中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的磁定向碳纳米管增强玻璃纤维环氧复合材料的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷、γ-二乙烯三胺丙基甲基二甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷中的任一种,硅烷偶联剂用量为碳纳米管质量的2.0~5.0wt%。
6.根据权利要求1所述的磁定向碳纳米管增强玻璃纤维环氧复合材料的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述的四氧化三铁磁球粒径为50~600nm,磁球用量为碳纳米管质量的100~300wt%。
7.根据权利要求1所述的磁定向碳纳米管增强玻璃纤维环氧复合材料的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述的环氧树脂为缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、酰亚胺环氧树脂、海因环氧树脂中的任意一种,所述环氧树脂的粘度在室温下为1000~3000mPa·s,所述的环氧树脂的用量为碳纳米管质量的60~200倍;所述固化剂为二乙烯三胺、三乙烯四胺、己二胺、环己二胺、3-二乙氨基丙胺、低分子量聚酰胺中的任意一种或多种组合,所述的固化剂的用量为碳纳米管质量的10~80倍。
8.根据权利要求1所述的磁定向碳纳米管增强玻璃纤维环氧复合材料的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述的分散剂为聚乙烯醇缩丁醛、烷基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、芳香族化合物、高分子量烷基铵盐共聚物中的任意一种或多种组合;所述分散剂用量为碳纳米管质量的10~120wt%。
9.根据权利要求1所述的磁定向碳纳米管增强玻璃纤维环氧复合材料的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述的磁场范围为0.2~20T,且磁场方向与抽真空过程中树脂流动方向一致。
10.根据权利要求1所述的磁定向碳纳米管增强玻璃纤维环氧复合材料的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述的玻璃纤维为面密度为100~1500g/m2的织物。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110561779A (zh) * 2019-09-20 2019-12-13 山东非金属材料研究所 一种磁场取向碳纳米管增强纤维树脂基复合材料层间力学性能的方法
DE102020107743A1 (de) 2020-03-20 2021-09-23 Karlsruher Institut für Technologie (Körperschaft des öffentlichen Rechts) Hybridfaser und Verfahren zu ihrer Herstellung

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102070877A (zh) * 2010-12-30 2011-05-25 桂林电子科技大学 一种弱磁场诱导的有序化碳纳米管/环氧树脂复合材料及其制备方法
CN102276795A (zh) * 2011-06-22 2011-12-14 同济大学 玻璃纤维/碳纳米管/环氧树脂多维混杂复合材料的制备方法
CN104088136A (zh) * 2014-07-03 2014-10-08 河海大学 碳纳米管接枝玻璃纤维织物增强体的制备方法
CN104356600A (zh) * 2014-11-24 2015-02-18 嘉兴学院 一种高层间剪切性能碳纤维复合材料及其制备方法
KR20160086189A (ko) * 2015-01-09 2016-07-19 도레이첨단소재 주식회사 인장강도와 파괴인성이 향상된 에폭시 수지 조성물과 기계적 특성과 내압 특성이 우수한 압력용기
CN107523015A (zh) * 2017-08-14 2017-12-29 河海大学 碳纳米管‑蒙脱土自组装纳米粉接枝玻璃纤维增强树脂复合材料的制备方法
KR20180029805A (ko) * 2016-09-13 2018-03-21 윈엔윈(주) 스키 제조용 저온 경화형 에폭시 수지 조성물과 이에 의해 제조된 스키 제조용 프리프레그 및 이를 이용한 섬유 강화 고분자 복합재료

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102070877A (zh) * 2010-12-30 2011-05-25 桂林电子科技大学 一种弱磁场诱导的有序化碳纳米管/环氧树脂复合材料及其制备方法
CN102276795A (zh) * 2011-06-22 2011-12-14 同济大学 玻璃纤维/碳纳米管/环氧树脂多维混杂复合材料的制备方法
CN104088136A (zh) * 2014-07-03 2014-10-08 河海大学 碳纳米管接枝玻璃纤维织物增强体的制备方法
CN104356600A (zh) * 2014-11-24 2015-02-18 嘉兴学院 一种高层间剪切性能碳纤维复合材料及其制备方法
KR20160086189A (ko) * 2015-01-09 2016-07-19 도레이첨단소재 주식회사 인장강도와 파괴인성이 향상된 에폭시 수지 조성물과 기계적 특성과 내압 특성이 우수한 압력용기
KR20180029805A (ko) * 2016-09-13 2018-03-21 윈엔윈(주) 스키 제조용 저온 경화형 에폭시 수지 조성물과 이에 의해 제조된 스키 제조용 프리프레그 및 이를 이용한 섬유 강화 고분자 복합재료
CN107523015A (zh) * 2017-08-14 2017-12-29 河海大学 碳纳米管‑蒙脱土自组装纳米粉接枝玻璃纤维增强树脂复合材料的制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YUXIN HE 等: "Reinforced carbon fiber laminates with oriented carbon nanotube epoxy nanocomposites: Magnetic field assisted alignment and cryogenic temperature mechanical properties", 《JOURNAL OF COLLOID AND INTERFACE SCIENCE》 *
李海芳等: "四氧化三铁/单壁碳纳米管磁性复合纳米粒子分散固相微萃取-高效液相色谱法测定牛奶中的香精添加剂", 《色谱》 *
欧气局: ""磁场诱导 MWCNTs-Fe3O4改性环氧树脂及碳纤维复合材料研究",欧气局,《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》,第02期,第B016-387页", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110561779A (zh) * 2019-09-20 2019-12-13 山东非金属材料研究所 一种磁场取向碳纳米管增强纤维树脂基复合材料层间力学性能的方法
CN110561779B (zh) * 2019-09-20 2021-09-03 山东非金属材料研究所 一种磁场取向碳纳米管增强纤维树脂基复合材料层间力学性能的方法
DE102020107743A1 (de) 2020-03-20 2021-09-23 Karlsruher Institut für Technologie (Körperschaft des öffentlichen Rechts) Hybridfaser und Verfahren zu ihrer Herstellung

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