CN109455695A - 改性碳纳米管纤维和弹性体复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改性碳纳米管纤维和弹性体复合材料及其制备方法。该改性碳纳米管纤维的制备方法，包括如下步骤：在第一基底上形成碳纳米管纤维；在第二基底上沉积高分子聚合物；及在保护性气体氛围下，对形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底进行紫外光照射处理，以使高分子聚合物和碳纳米管纤维进行接枝反应，得到改性碳纳米管纤维，紫外光的照射功率为15mW～35mW，紫外光为照射波长为150nm～350nm的单色窄带光，紫外光照射处理的时间为40min～50min。上述改性碳纳米管纤维能够用于制备较优力学性能的弹性体复合材料。

Description

改性碳纳米管纤维和弹性体复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，特别是涉及一种改性碳纳米管纤维和弹性体复合材料及其制备方法。

背景技术

弹性体为一种在应力下形变显著，应力松弛后能迅速恢复到接近原有状态和尺寸的高分子材料。性能优良的弹性体的延伸率可达5％～700％。

为了增强弹性的力学性能，通常会向弹性体材料中加入增强剂或硬化剂等。传统方法加入炭黑或玻璃纤维等，往往可以加强其拉伸模量(硬度)，然而同时会造成断裂形变度的下降。现阶段的工业中，需要高拉伸模量、高断裂形变度及低密度的弹性体作为原料，如应用到航空领域的轮胎，石油钻探、提炼领域的密封圈及防喷器等。为了适应这些工业需求，人们通过加入碳纳米管，以增强弹性体复合材料的拉伸模量和抗压缩能力。然而，由于碳纳米管具有团聚的性质，难以均匀分散，导致碳纳米管与弹性体之间的相容性较差，进而使得弹性体复合材料的力学性能仍不能满足需要。

发明内容

基于此，有必要提供一种碳纳米管纤维的制备方法，该制备方法得到的改性碳纳米管纤维能够用于制备较优力学性能的弹性体复合材料。

此外，还提供一种改性碳纳米管纤维和弹性体复合材料及其制备方法。

一种改性碳纳米管纤维的制备方法，包括如下步骤：

在第一基底上形成碳纳米管纤维；

在第二基底上沉积高分子聚合物，所述高分子聚合物选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、ABS塑料、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、酚醛树脂、羟基封端的聚苯乙烯、酯基封端的聚苯乙烯及聚苯乙烯甲基丙烯酸甲酯中的至少一种；及

在保护性气体氛围下，对形成有所述碳纳米管纤维的所述第一基底及形成有所述高分子聚合物的所述第二基底进行紫外光照射处理，以使所述高分子聚合物和所述碳纳米管纤维进行接枝反应，得到改性碳纳米管纤维，所述紫外光的照射功率为15mW～35mW，所述紫外光为照射波长为150nm～350nm的单色窄带光，所述紫外光照射处理的时间为40min～50min。

上述改性碳纳米管纤维的制备方法，通过将碳纳米管纤维和高分子聚合物置于紫外光下进行紫外光照射处理，并设定紫外光的照射功率为15mW～35mW，设定紫外光为照射波长为150nm～350nm的单色窄带光，使得高分子聚合物能够接枝到碳纳米管纤维的表面，以增大碳纳米管之间的距离，从而降低由于碳纳米管之间的范德华力所致的团聚，以得到易于分散的改性碳纳米管纤维，以使由该改性碳纳米管纤维制备的弹性体复合材料具有优良的力学性能，同时，上述制备方法不需要将碳纳米管纤维分散在溶剂中再进行后续处理，不会破坏碳纳米管纤维的阵列结构，有利于保证弹性体复合材料的力学性能，也避免了使用有毒试剂而造成人体和环境的伤害，同时，上述方法只需进行紫外光照射处理40min～50min即可完成碳纳米管纤维的改性，反应时间短，能耗低且效率高。经试验验证，上述改性碳纳米管阵列制成的弹性体复合材料的标准化拉伸模量为81.5～84.3，断裂伸长率为643％～673％，具有优异的力学性能。

在其中一个实施例中，所述在第一基底上形成碳纳米管纤维的步骤包括：

在所述第一基底上形成催化剂层；

在保护性气体氛围下，将形成有所述催化剂层的所述第一基底升温至550℃～900℃后，再通入碳源气体反应，得到碳纳米管阵列；所述碳源气体包括乙烯、氢气和氮气，所述乙烯、所述氢气和所述氮气的气体分压比为(25～40)：(1～10)：(70～80)；

对所述碳纳米管阵列进行纺丝得到所述碳纳米管纤维；及

将所述碳纳米管纤维置于所述第一基底。

在其中一个实施例中，所述碳纳米管阵列为单壁碳纳米管阵列，所述碳纳米管阵列的长度为760μm～900μm，所述碳纳米管阵列中碳纳米管的直径为10nm～15nm。

一种改性碳纳米管纤维，由上述改性碳纳米管纤维的制备方法制备得到。

一种弹性体复合材料的制备方法，包括如下步骤：

在第一基底上形成碳纳米管纤维；

在第二基底上沉积高分子聚合物，所述高分子聚合物选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、ABS塑料、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、酚醛树脂、羟基封端的聚苯乙烯、酯基封端的聚苯乙烯及聚苯乙烯甲基丙烯酸甲酯中的至少一种；

在保护性气体氛围下，对形成有所述碳纳米管纤维的所述第一基底及形成有所述高分子聚合物的所述第二基底进行紫外光照射处理，以使所述高分子聚合物和所述碳纳米管纤维进行接枝反应，得到改性碳纳米管纤维，所述紫外光的照射功率为15mW～35mW，所述紫外光为照射波长为150nm～350nm的单色窄带光，所述紫外光照射处理的时间为30min～60min；

将所述改性碳纳米管纤维切割成碳纳米管短纤维；及

将所述碳纳米管短纤维及前驱体混合均匀，成型，得到弹性体复合材料，所述前驱体选自氨基封端的聚二甲基硅氧烷、氨基封端的聚异戊二烯、氨基封端的聚丁二烯、氨基封端的聚异丁烯、氨基封端的卤代聚异戊二烯、氨基封端的卤代聚异丁烯、氨基封端的环氧树脂及氨基封端的三元乙丙橡胶中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述碳纳米管短纤维的长度为1μm～5μm；及/或，

所述碳纳米管短纤维与所述前驱体的质量比为2.5:100～4.1:100。

在其中一个实施例中，所述将所述碳纳米管短纤维及前驱体混合均匀的步骤包括：

将所述碳纳米管短纤维与第一溶剂混合，得到第一分散液，所述第一溶剂选自二氯苯、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、氯仿、丙酮、甲基乙基酮、异丙醇、环己烷及N-甲基吡咯烷酮中的至少一种；

将所述前驱体与第二溶剂混合，得到第二分散液，所述第二溶剂选自二氯苯、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、氯仿、丙酮、甲基乙基酮、异丙醇、环己烷及N-甲基吡咯烷酮中的至少一种；及

将所述第一分散液与所述第二分散液混合均匀。

在其中一个实施例中，所述改性碳纳米管阵列与所述第一溶剂的质量比为1:(100～150)，所述前驱体与所述第二溶剂的质量比为1:(1～3)。

在其中一个实施例中，所述成型的步骤具体为：将混匀后的所述改性碳纳米管阵列及所述前驱体的混合液于100℃～120℃加热8h～10h，再于170℃～200℃下反应3.5h～5h，固化，得到所述弹性体复合材料。

一种弹性体复合材料，由上述弹性体复合材料的制备方法制备得到。

附图说明

图1为实施例1的弹性体复合材料的扫描电镜图；

图2为实施例1的碳纳米管纤维的XPS图；

图3为实施例1的聚对苯二甲酸乙二醇酯的XPS图；

图4为实施例1的改性碳纳米管纤维的XPS图；

图5为实施例1和实施例10的弹性体复合材料的应力-应变对比曲线图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

一实施方式的弹性体复合材料的制备方法，包括如下操作S110～S150：

S110、在第一基底上形成碳纳米管纤维。

在其中一个实施例中，第一基底为镍片或铜片。第一基底的主要作用为承载碳纳米管纤维，而镍片及铜片对于碳纳米管纤维的稳定性好，不会与碳纳米管纤维发生反应。进一步地，第一基底的尺寸为2英寸，当然，在其他实施方式中，第一基底的尺寸也可以是其他任意尺寸。

在其中一个实施例中，在第一基底上形成碳纳米管纤维的步骤包括S111～S114：

S111、在第一基底上沉积催化剂层。

在其中一个实施例中，采用磁控溅射法在第一基底的表面形成催化剂层。进一步地，催化剂层的材料选自钴和镍中的至少一种。催化剂层的厚度为20nm～23nm。

S112、在保护性气体氛围下，将形成有催化剂层的第一基底升温至750℃～900℃后，再通入碳源气体反应，得到碳纳米管阵列。

在其中一个实施例中，保护性气体选自氮气、氢气、氩气和氦气中的至少一种。

在其中一个实施例中，将形成有催化剂层的第一基底放置于化学气相反应炉中与碳源气体进行反应。进一步地，先向化学气相反应炉中通入保护性气体，再升高化学气相反应炉的温度至750℃～900℃，使得催化剂层在第一基底上均匀成核；再向其中通入碳源气体进行反应。

在其中一个实施例中，碳源气体包括乙烯、氢气和氮气，乙烯、氢气和氮气的气体分压比为(25～40)：(1～10)：(70～80)。通入碳源气体的气流量为1L/min～3L/min。通入碳源气体进行反应的时间为30min～40min。

在其中一个实施例中，碳纳米管阵列为单壁碳纳米管阵列。需要说明的是，碳纳米管阵列也可以是多壁碳纳米管阵列。需要说明的是，采用上述改性碳纳米管纤维的制备方法时，由于单壁碳纳米管结构更加单一整齐，其碳碳键的键能更高，因此，单壁碳纳米管纤维的表面较多壁碳纳米管纤维的表面修饰难度更大。

在其中一个实施例中，碳纳米管阵列的长度为760μm～1200μm。碳纳米管阵列中碳纳米管的直径为10nm～15nm。

S113、对碳纳米管阵列进行纺丝得到碳纳米管纤维。

在其中一个实施例中，对碳纳米管阵列进行纺丝得到碳纳米管纤维的步骤为：采用夹取工具从碳纳米管阵列的边缘夹取碳纳米管阵列，并沿着垂直于碳纳米管阵列的生长方向进行拖拽并同时旋转，得到碳纳米管纤维。

在其中一个实施例中，从碳纳米管阵的列边缘夹取碳纳米管阵列时，夹取的宽度为100μm～30mm。在其中一个实施例中，从碳纳米管阵的列边缘夹取碳纳米管阵列时，夹取的宽度为10mm～15mm。

在其中一个实施例中，沿着垂直于碳纳米管阵列的生长方向进行拖拽时的速率为300μm/s～1.6mm/s。在其中一个实施例中，沿着垂直于碳纳米管阵列的生长方向进行拖拽时的速率为0.8mm/s～1.5mm/s。

在其中一个实施例中，沿着垂直于碳纳米管阵列的生长方向进行拖拽并旋转时的转速为1000rpm～5000rpm。

在其中一个实施例中，碳纳米管纤维的直径为160μm～201.4μm。

在其中一个实施例中，碳纳米管纤维的长度为100mm～5m。需要说明的是，碳纳米管纤维的长度不限于上述长度，可以根据实际需要进行设置。

在其中一个实施例中，对碳纳米管阵列进行纺丝得到碳纳米管纤维的操作具体为：对碳纳米管阵列进行纺丝得到初级纤维；及，对初级纤维进行纺织得到碳纳米管纤维。

在其中一个实施例中，初级纤维的直径为4.8μm～12μm。

S114、将碳纳米管纤维放置于第一基底上。

具体地，将碳纳米管纤维放置于第一基底上，碳纳米管纤维的两端分别固定在第一基底两端微突起部，碳纳米管纤维的中间部呈悬空状态。

在其中一个实施例中，第一基底具有第一工作面，碳纳米管纤维完全覆盖第一工作面。可以理解，碳纳米管纤维也可以部分覆盖于第一工作面上。

S120、在第二基底上沉积高分子聚合物。

在其中一个实施例中，高分子聚合物选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、ABS塑料、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、酚醛树脂、羟基封端的聚苯乙烯、酯基封端的聚苯乙烯及聚苯乙烯甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。

当然，对于高分子聚合物的选择由实际应用中需要提高碳纳米管纤维的性能决定，例如，高分子聚合物选自聚对苯二甲酸乙二醇酯时能够使碳纳米管纤维的在较宽的温度范围内具有优的物理机械性能、耐摩擦性和尺寸稳定性；而高分子聚合物选自聚甲基丙烯酸甲酯时，有利于提高碳纳米管纤维的耐冲击性能和耐候性。

在其中一个实施例中，高分子聚合物包括羟基封端的聚苯乙烯时，羟基封端的聚苯乙烯为Sigma公司的货号为55761的羟基封端的聚苯乙烯。需要说明的是，高分子聚合物不限于上述指出的羟基封端的聚苯乙烯，也可以为其他公司其他货号的羟基封端的聚苯乙烯。

在其中一个实施例中，高分子聚合物包括酯基封端的聚苯乙烯时，酯基封端的聚苯乙烯为Sigma-Aldrich公司的货号为746916的酯基封端的聚苯乙烯。需要说明的是，高分子聚合物不限于上述指出的酯基基封端的聚苯乙烯，也可以为其他公司其他货号的酯基封端的聚苯乙烯。

在其中一个实施例中，第二基底为镍片或铜片。第二基底主要用于承载高分子聚合物，而镍片及铜片的稳定性好，不会与高分子聚合物发生反应。进一步地，第二基底的尺寸为50mm*50mm。当然，在其他实施方式中，第二基底的尺寸也可以是其他任意尺寸。

在其中一个实施例中，在第二基底上沉积高分子聚合物的方法可以采用在第二基底上形成高分子聚合物薄膜的方式，当然，在其他实施方式中，也可以采用剪切高分子聚合物材料再置于第二基底上的方式。进一步地，在第二基底上沉积高分子聚合物，得到高分子层。高分子层的厚度为1mm～5mm。更进一步地，第二基底具有第二工作面。在第二工作面上沉积高分子聚合物，形成高分子层，高分子层完全覆盖第二工作面。

S130、在保护性气体氛围下，对形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底进行紫外光照射处理，以使高分子聚合物和碳纳米管纤维进行接枝反应，得到改性碳纳米管纤维。

在其中一个实施例中，将形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底放置于同一反应腔。反应腔能够密闭，且反应腔具有一进气口和一出气口。反应腔中设有紫外光组件，能够对反应腔进行紫外光照射处理。

进一步地，将形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底并排放置于反应腔中。更进一步地，将形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底并排放置，使得第一基底上的碳纳米管纤维与第二基底上的高分子聚合物处于同一水平面上。

进一步地，碳纳米管纤维与高分子聚合物在水平方向上形成不大于0.8mm的间隙。优选地，碳纳米管纤维及高分子聚合物直接接触。

在其中一个实施例中，对形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底进行紫外光照射处理的过程中，首先封闭反应腔的进气口及出气口，并对反应腔进行抽真空处理，使反应腔内的气压降至10^-2Torr以下。优选地，使反应腔内的气压降低至10^-6Torr以下。其次，再通过进气口向反应腔中通入保护性气体直至达到正常大气压，打开出气口，并不断通入保护性气体保持体系的压强。

在其中一个实施例中，保护性气体的流速为2L/min～3L/min。保护性气体选自氮气、氩气和氦气中的至少一种。

在其中一个实施例中，对形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底进行紫外光照射处理时，紫外光的照射功率为15mW～35mW。在此照射功率下，有利于提高反应体系的热效应，使得体系温度升高至高分子聚合物形成气态状态，并在保护性气体气流的作用下移动至碳纳米管纤维的表面而与碳纳米管纤维发生接枝聚合反应。

在其中一个实施例中，对形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底进行紫外光照射处理时，紫外光的照射功率为15mW～25mW。在其中一个实施例中，对形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底进行紫外光照射处理时紫外光的照射功率为25mW～35mW。在其中一个实施例中，对形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底进行紫外光照射处理时紫外光的照射功率为22mW～33mW。

在其中一个实施例中，紫外光为照射波长为150nm～350nm的单色(monochromatic)窄带光。进一步地，单色窄带光为带宽为198nm～298nm的单色光。在其中一个实施例中，紫外光为照射波长为150nm～298nm的单色窄带光。在其中一个实施例中，紫外光为照射波长为298nm～350nm的单色窄带光。在其中一个实施例中，紫外光为照射波长为260nm～330nm的单色窄带光。

进一步地，紫外光的照射波长通过以下公式计算：

λ1＝Nhc/δ1，λ2＝Nhc/δ2；

λ≤min{λ1，λ2}；

其中，λ为紫外光的照射波长，N为阿伏伽德罗常数，h为普朗克常数，c为波长；δ1为碳纳米管纤维中C＝C键的键能，λ1为使得碳纳米管纤维中C＝C键断裂时的紫外光照射波长；δ2为高分子聚合物中C-C键或C＝C键的键能，λ2为使得高分子聚合物中C-C键或C＝C键断裂时的紫外光照射波长。

进一步地，需要说明的是，δ2为高分子聚合物中主链上C-C键或C＝C键的键能。在进行紫外光照射处理时，高分子聚合物的主链断裂并重新接枝到碳纳米管纤维上。

可以理解，紫外光的照射波长越小，紫外光所产生的光子能量越大，而λ1为将碳纳米管纤维中C＝C键打开的最大波长，λ2为使得高分子聚合物中C-C键或C＝C键打开的最大波长，当紫外光的照射波长≤min{λ1，λ2}时，能够使得高分子聚合物接枝到碳纳米管纤维上。

进一步地，紫外光的照射波长＝min{λ1，λ2}。在此条件下，有利于在保证高分子聚合物能够接枝到碳纳米管纤维的情况下减少紫外光对高分子聚合物及碳纳米管纤维结构的破坏。

在其中一个实施例中，紫外光源距离形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底的距离为2mm～20mm。

在其中一个实施例中，进行紫外光照射处理的时间为30min～60min。在其中一个实施例中，进行紫外光照射处理的时间为40min～50min。在其中一个实施例中，进行紫外光照射处理的时间为30min～45min。在其中一个实施例中，进行紫外光照射处理的时间为45min～60min。

在其中一个实施例中，对形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底进行紫外光照射处理时紫外光的照射功率为22mW～33mW，紫外光为照射波长为260nm～330nm的单色窄带光，进行紫外光照射处理的时间为40min～50min。在此条件下，有利于在保证高分子聚合物能够接枝到碳纳米管纤维的情况下减少紫外光对高分子聚合物及碳纳米管纤维结构的破坏，以进一步提高弹性体复合材料的力学性能。

在其中一个实施例方式中，对形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底进行紫外光照射处理之后，还包括将第一基底放置于保护性气体氛围下自然冷却的操作。需要说明的是，在其他实施方式中，将第一基底放置于保护性气体氛围下自然冷却的操作也可以省略。

在其中一个实施例中，将第一基底放置于保护性气体氛围下自然冷却的操作中，保护性气体选自氮气、氩气和氦气中的至少一种。将第一基底放置于保护性气体氛围下进行自然冷却，能够防止碳纳米管纤维暴露在空气中而被氧化。

S140、将碳纳米管纤维切割成碳纳米管短纤维。

在其中一个实施例中，将碳纳米管纤维切割成碳纳米管短纤维的方式为激光切割或等离子束切割。

在其中一个实施例中，碳纳米管短纤维的长度为1μm～5μm。进一步地，碳纳米管短纤维的长度为2μm～4μm。在其他实施方式中，碳纳米管短纤维的长度为1μm、2μm、3μm、4μm或5μm。

S150、将碳纳米管短纤维及前驱体混合均匀，成型，得到弹性体复合材料。

在其中一个实施例中，前驱体选自氨基封端的聚二甲基硅氧烷、氨基封端的聚异戊二烯、氨基封端的聚丁二烯、氨基封端的聚异丁烯、氨基封端的卤代聚异戊二烯、氨基封端的卤代聚异丁烯、氨基封端的环氧树脂及氨基封端的三元乙丙橡胶中的至少一种。

在其中一个实施例中，碳纳米管短纤维与前驱体的质量比为2.5:100～4.1:100。

在其中一个实施例中，将碳纳米管短纤维及前驱体混合均匀的步骤包括：将碳纳米管短纤维与第一溶剂混合，得到第一分散液；将前驱体与第二溶剂混合，得到第二分散液；及将第一分散液与第二分散液混合均匀。

更具体地，第一溶剂选自二氯苯、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、氯仿、丙酮、甲基乙基酮、异丙醇、环己烷及N-甲基吡咯烷酮中的至少一种。

第二溶剂选自二氯苯、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、氯仿、丙酮、甲基乙基酮、异丙醇、环己烷及N-甲基吡咯烷酮中的至少一种。

碳纳米管短纤维与第一溶剂的质量比为1:(100～150)。前驱体与第二溶剂的质量比为1:(1～3)。

将第一分散液与第二分散液混合均匀的步骤具体为：将第一分散液与第二分散液混合后进行超声处理1h～2h，再以300rpm～600rpm下搅拌20min～30min，形成碳纳米管短纤维与前驱体的混合液。进一步地，搅拌的方式为研磨。

在其中一个实施例中，成型的步骤具体为：将混匀后的碳纳米管短纤维及前驱体的混合液于100℃～120℃加热8h～10h，再于170℃～200℃下反应3.5h～5h，固化，得到弹性体复合材料。

上述弹性体复合材料的制备方法，通过将碳纳米管纤维和高分子聚合物置于紫外光下进行紫外光照射处理，并设定紫外光的照射功率为15mW～35mW，设定紫外光为照射波长为150nm～350nm的单色窄带光，使得高分子聚合物能够接枝到碳纳米管纤维的表面，以增大碳纳米管之间的距离，从而降低由于碳纳米管之间的范德华力所致的团聚，以得到易于分散的改性碳纳米管纤维，使得上述改性碳纳米管纤维能够作为交联剂，被切割成纳米管短纤维后与特定的前驱体混合，能够得到具有较优力学性能的弹性体复合材料。经试验验证，上述改性碳纳米管阵列制成的弹性体复合材料的标准化拉伸模量为81.5～84.3，断裂伸长率为643％～673％，具有优异的力学性能。

同时，上述制备方法不需要将碳纳米管纤维分散在溶剂中再进行后续处理，不会破坏碳纳米管纤维的阵列结构，有利于保证弹性体复合材料的力学性能，也避免了使用有毒试剂而造成人体和环境的伤害，同时，上述方法只需进行紫外光照射处理40min～50min即可完成碳纳米管纤维的改性，反应时间短，能耗低且效率高。

再者，上述弹性体复合材料的制备方法中，制备的弹性复合体材料的力学性能优良，能够应用于耐高温高压及/或耐高腐蚀的密封材料，同时，上述弹性体复合材料的制备方法还能够制备易于分散的改性碳纳米管纤维，进而使改性碳纳米管纤维能够用于制备力学性能较强、对分散性能要求较高的复合材料中。

第三，上述弹性体复合材料的制备方法，以高分子聚合物为原料制备改性碳纳米管纤维，便于操作和反应的控制，并且能够直接将高分子聚合物修饰到碳纳米管纤维的表面，不需要多次修饰和处理，减少反应工序，有利于提高反应效率并降低合成成本。

此外，由于上述弹性体复合材料的制备方法中，不需要将碳纳米管纤维分散在溶剂中再进行后续处理，即无需移除溶剂的操作，工艺简化，同时，无溶剂等残留，改性碳纳米管纤维的纯度较高，进而保证弹性体复合材料的力学性能。

下面为具体实施例的部分。

如无特别说明，以下实施例不含有除不可避免的杂质以外的其他未明确指出的组分。

如无特别说明，以下实施例中，进行XPS光谱分析采用的是EA 125分光仪，non-chromatic铝X射线源(1486.5eV)；进行扫描电镜测试采用的是JEOL厂商的JEM-7400F。羟基封端的聚苯乙烯为Sigma-公司的货号为55761的羟基封端的聚苯乙烯。紫外光为带宽为298nm的单色光。第一基底为铜片。第二基底为镍片。

实施例1

取一块第一基底，在第一基底上沉积形成20nm厚的催化剂层，催化剂层为钴和镍的混合材料(钴和镍的质量比为1：1)，再将第一基底放置于化学气相沉积反应炉并通入氩气，再升温至750℃，再向化学气相沉积反应炉中通入碳源气体(碳源气体包括乙烯、氢气和氮气，乙烯、氢气和氮气的气体分压比为25:1:70)，碳源气体的流量控制在1L/min，反应30min，得到碳纳米管阵列，碳纳米管阵列为单壁碳纳米管阵列，碳纳米管阵列的长度为760μm，碳纳米管阵列中碳纳米管的直径为10nm。

采用夹取工具从碳纳米管阵列的边缘夹取碳纳米管阵列，并沿着垂直于碳纳米管阵列的生长方向进行拖拽并旋转，得到碳纳米管纤维，将纺织好的碳纳米管纤维放置于第一基底上，其中，从碳纳米管阵列的边缘夹取碳纳米管阵列，且夹取宽度为100μm，拖拽的速度为300μm/s，转速为1000rpm，碳纳米管纤维的直径为200μm。取一块第二基底，在第二基底上形成厚度为5mm的聚对苯二甲酸乙二醇酯。

将形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底并排放置于反应腔中，形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底处于同一水平面，且碳纳米管纤维及高分子聚合物直接接触，反应腔抽真空至气压降至10^-2Torr后在通入氮气，保持氮气的流速为2L/min，对形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底进行紫外光照射处理，紫外光源距离形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底的距离为2mm，紫外光的照射功率为15mW，紫外光的照射波长为150nm，照射时间为30min；关闭紫外光组件，将第一基底暴露于氮气氛围下至自然冷却，得到改性碳纳米管纤维。

采用激光切割的方式将改性碳纳米管纤维切割成1μm的碳纳米管短纤维。将碳纳米管短纤维与第一溶剂混合，得到第一分散液，第一溶剂为甲基乙基酮，碳纳米管短纤维与第一溶剂的质量比为1:100；将前驱体与第二溶剂混合，得到第二分散液，第二溶剂为甲基乙基酮，前驱体与第二溶剂的质量比为1:3，前驱体为氨基封端的聚二甲基硅氧烷；将第一分散液与第二分散液混合并超声1h，再于研钵中充分研磨，得到混合液，碳纳米管短纤维与前驱体的质量比为2.5:100。将混合液于100℃下加热10h后，升温至170℃反应3.5h，固化，得到弹性体复合材料。

实施例2

取一块第一基底，在第一基底上沉积形成23nm厚的催化剂层，催化剂层为钴镍合金，再将第一基底放置于化学气相沉积反应炉并通入氦气，再升温至900℃，再向化学气相沉积反应炉中通入碳源气体(碳源气体包括乙烯、氢气和氮气，乙烯、氢气和氮气的气体分压比为4:1:8)，碳源气体的流量控制在3L/min，反应40min，得到碳纳米管阵列，碳纳米管阵列为单壁碳纳米管阵列，碳纳米管阵列的长度为1200μm，碳纳米管阵列中碳纳米管的直径为15nm。

采用夹取工具从碳纳米管阵列的边缘夹取碳纳米管阵列，并沿着垂直于碳纳米管阵列的生长方向进行拖拽并旋转，得到碳纳米管纤维；将纺织好的碳纳米管纤维放置于第一基底上，其中，从碳纳米管阵列的边缘夹取碳纳米管阵列时，夹取宽度为30mm，拖拽的速度为1.6mm/s，转速为5000rpm，碳纳米管纤维的直径为160μm。取一块第二基底，在第二基底上形成厚度为1mm的氨基封端的聚苯乙烯。

将形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底并排放置于反应腔中，形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底处于同一水平面，且碳纳米管纤维及高分子聚合物直接接触，反应腔抽真空至气压降至10^-2Torr后在通入氮气，保持氮气的流速为3L/min，对形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底进行紫外光照射处理，紫外光源距离形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底的距离为20mm，紫外光的照射功率为35mW，紫外光的照射波长为350nm，照射时间为60min；关闭紫外光组件，将第一基底暴露于氮气氛围下至自然冷却，得到改性碳纳米管纤维。

采用等离子束切割的方式将改性碳纳米管纤维切割成5μm的碳纳米管短纤维。将碳纳米管短纤维与第一溶剂混合，得到第一分散液，第一溶剂为丙酮，碳纳米管短纤维与第一溶剂的质量比为1:150；将前驱体与第二溶剂混合，得到第二分散液，第二溶剂为丙酮，前驱体与第二溶剂的质量比为1:1，前驱体为氨基封端的聚丁二烯；将第一分散液与第二分散液混合并超声2h，再于研钵中充分研磨，得到混合液，碳纳米管短纤维与前驱体的质量比为4.1:100。将混合液于120℃下加热8h后，升温至200℃反应5h，固化，得到弹性体复合材料。

实施例3

取一块第一基底，在第一基底上沉积形成21nm厚的催化剂层，催化剂层为镍和钴的混合材料(镍和钴的质量比为1：1)，再将第一基底放置于化学气相沉积反应炉并通入氮气，再升温至830℃，再向化学气相沉积反应炉中通入碳源气体(碳源气体包括乙烯、氢气和氮气，乙烯、氢气和氮气的气体分压比为6:1:15)，碳源气体的流量控制在2L/min，反应35min，得到碳纳米管阵列，碳纳米管阵列为单壁碳纳米管阵列，碳纳米管阵列的长度为800μm，碳纳米管阵列中碳纳米管的直径为12nm。

采用夹取工具从碳纳米管阵列的边缘夹取碳纳米管阵列，并沿着垂直于碳纳米管阵列的生长方向进行拖拽并旋转得到碳纳米管纤维，将纺织好的碳纳米管纤维放置于第一基底上，其中，从碳纳米管阵列的边缘夹取碳纳米管阵列时，夹取宽度为15mm，拖拽的速度为0.8mm/s，转速为2500rpm，碳纳米管纤维的直径为180μm。取一块第二基底，在第二基底上形成厚度为3mm的ABS塑料。

将形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底并排放置于反应腔中，形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底处于同一水平面，且碳纳米管纤维及高分子聚合物直接接触，反应腔抽真空至气压降至10^-2Torr后在通入氮气，保持氮气的流速为2.5L/min，对形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底进行紫外光照射处理，紫外光源距离形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底的距离为10mm，紫外光的照射功率为25mW，紫外光的照射波长为298nm，照射时间为45min；关闭紫外光组件，将第一基底暴露于氮气氛围下至自然冷却，得到改性碳纳米管纤维。

采用激光切割的方式将改性碳纳米管纤维切割成3μm的碳纳米管短纤维。将碳纳米管短纤维与第一溶剂混合，得到第一分散液，第一溶剂为异丙醇，碳纳米管短纤维与第一溶剂的质量比为1:120；将前驱体与第二溶剂混合，得到第二分散液，第二溶剂为异丙醇，前驱体与第二溶剂的质量比为1:2，前驱体为氨基封端的环氧树脂；将第一分散液与第二分散液混合并超声1.5h，再于研钵中充分研磨，得到混合液，碳纳米管短纤维与前驱体的质量比为3.3:100。将混合液于110℃下加热9h后，升温至180℃反应4h，固化，得到弹性体复合材料。

实施例4

取一块第一基底，在第一基底上沉积形成21nm厚的催化剂层，催化剂层为镍和钴的混合材料(镍和钴的质量比为1：1)，再将第一基底放置于化学气相沉积反应炉并通入氮气，再升温至830℃，再向化学气相沉积反应炉中通入碳源气体(碳源气体包括乙烯、氢气和氮气，乙烯、氢气和氮气的气体分压比为6:1:15)，碳源气体的流量控制在2L/min，反应35min，得到碳纳米管阵列，碳纳米管阵列为单壁碳纳米管阵列，碳纳米管阵列的长度为800μm，碳纳米管阵列中碳纳米管的直径为12nm。

采用夹取工具从碳纳米管阵列的边缘夹取碳纳米管阵列，并沿着垂直于碳纳米管阵列的生长方向进行拖拽并旋转得到初级碳纳米管纤维，初级碳纳米管纤维的直径为8.5μm，从碳纳米管阵列的边缘夹取碳纳米管阵列时，夹取宽度为15mm，拖拽的速度为0.8mm/s，转速为2500rpm；将20根初级碳纳米管纤维进行编织，得到碳纳米管纤维，碳纳米管纤维的直径为180μm。将纺织好的碳纳米管纤维放置于第一基底上。取一块第二基底，在第二基底上形成厚度为3mm的ABS塑料。

将形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底并排放置于反应腔中，形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底处于同一水平面，且碳纳米管纤维及高分子聚合物直接接触，反应腔抽真空至气压降至10^-2Torr后在通入氮气，保持氮气的流速为2.5L/min，对形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底进行紫外光照射处理，紫外光源距离形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底的距离为10mm，紫外光的照射功率为25mW，紫外光的照射波长为298nm，照射时间为45min；关闭紫外光组件，将第一基底暴露于氮气氛围下至自然冷却，得到改性碳纳米管纤维。

采用激光切割的方式将改性碳纳米管纤维切割成3μm的碳纳米管短纤维。将碳纳米管短纤维与第一溶剂混合，得到第一分散液，第一溶剂为异丙醇，碳纳米管短纤维与第一溶剂的质量比为1:120；将前驱体与第二溶剂混合，得到第二分散液，第二溶剂为异丙醇，前驱体与第二溶剂的质量比为1:2，前驱体为氨基封端的环氧树脂；将第一分散液与第二分散液混合并超声1.5h，再于研钵中充分研磨，得到混合液，碳纳米管短纤维与前驱体的质量比为3.3:100。将混合液于110℃下加热9h后，升温至180℃反应4h，固化，得到弹性体复合材料。

实施例5

取一块第一基底，在第一基底上沉积形成21nm厚的催化剂层，催化剂层为镍和钴的混合材料(镍和钴的质量比为1：1)，再将第一基底放置于化学气相沉积反应炉并通入氮气，再升温至830℃，再向化学气相沉积反应炉中通入碳源气体(碳源气体包括乙烯、氢气和氮气，乙烯、氢气和氮气的气体分压比为6:1:15)，碳源气体的流量控制在2L/min，反应35min，得到碳纳米管阵列，碳纳米管阵列为单壁碳纳米管阵列，碳纳米管阵列的长度为800μm，碳纳米管阵列中碳纳米管的直径为12nm。

采用夹取工具从碳纳米管阵列的边缘夹取碳纳米管阵列，并沿着垂直于碳纳米管阵列的生长方向进行拖拽并旋转，得到碳纳米管纤维，将纺织好的碳纳米管纤维放置于第一基底上，从碳纳米管阵列的边缘夹取碳纳米管阵列时，夹取宽度为15mm，拖拽的速度为0.8mm/s，转速为2500rpm，碳纳米管纤维的直径为180μm。取一块第二基底，在第二基底上形成厚度为3mm的ABS塑料。

将形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底并排放置于反应腔中，形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底处于同一水平面，且碳纳米管纤维及高分子聚合物直接接触，反应腔抽真空至气压降至10^-2Torr后在通入氮气，保持氮气的流速为2.5L/min，对形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底进行紫外光照射处理，紫外光源距离形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底的距离为10mm，紫外光的照射功率为25mW，紫外光的照射波长为298nm，照射时间为45min；关闭紫外光组件，将第一基底暴露于氮气氛围下至自然冷却，得到改性纳米管阵列。

采用激光切割的方式将改性碳纳米管纤维切割成3μm的碳纳米管短纤维。将碳纳米管短纤维与第一溶剂混合，得到第一分散液，第一溶剂为异丙醇，碳纳米管短纤维与第一溶剂的质量比为1:120；将前驱体与第二溶剂混合，得到第二分散液，第二溶剂为异丙醇，前驱体与第二溶剂的质量比为1:2，前驱体为氨基封端的三元乙丙橡胶；将第一分散液与第二分散液混合并超声1.5h，再于研钵中充分研磨，得到混合液，碳纳米管短纤维与前驱体的质量比为3.3:100。将混合液于110℃下加热9h后，升温至180℃反应4h，固化，得到弹性体复合材料。

实施例6

取一块第一基底，在第一基底上沉积形成23nm厚的催化剂层，催化剂层为钴镍合金，再将第一基底放置于化学气相沉积反应炉并通入氦气，再升温至900℃，再向化学气相沉积反应炉中通入碳源气体(碳源气体包括乙烯、氢气和氮气，乙烯、氢气和氮气的气体分压比为4:1:8)，碳源气体的流量控制在3L/min，反应40min，得到碳纳米管阵列，碳纳米管阵列为单壁碳纳米管阵列，碳纳米管阵列的长度为1200μm，碳纳米管阵列中碳纳米管的直径为15nm。

采用夹取工具从碳纳米管阵列的边缘夹取碳纳米管阵列，且夹取宽度为30mm，并沿着垂直于碳纳米管阵列的生长方向进行拖拽并旋转得到碳纳米管纤维，将纺织好的碳纳米管纤维放置于第一基底上，其中，从碳纳米管阵列的边缘夹取碳纳米管阵列时，夹取宽度为30mm，拖拽的速度为1.6mm/s，转速为5000rpm，碳纳米管纤维的直径为160μm。取一块第二基底，在第二基底上形成厚度为1mm的聚苯乙烯。

将形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底并排放置于反应腔中，形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底处于同一水平面，且碳纳米管纤维及高分子聚合物直接接触，反应腔抽真空至气压降至10^-2Torr后在通入氮气，保持氮气的流速为3L/min，对形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底进行紫外光照射处理，紫外光源距离形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底的距离为20mm，紫外光的照射功率为35mW，紫外光的照射波长为350nm，照射时间为60min；关闭紫外光组件，将第一基底暴露于氮气氛围下至自然冷却，得到改性碳纳米管纤维。

采用等离子束切割的方式将改性碳纳米管纤维切割成5μm的碳纳米管短纤维。将碳纳米管短纤维与第一溶剂混合，得到第一分散液，第一溶剂为丙酮，碳纳米管短纤维与第一溶剂的质量比为1:150；将前驱体与第二溶剂混合，得到第二分散液，第二溶剂为丙酮，前驱体与第二溶剂的质量比为1:1，前驱体为氨基封端的聚丁二烯；将第一分散液与第二分散液混合并超声2h，再于研钵中充分研磨，得到混合液，碳纳米管短纤维与前驱体的质量比为4.1:100。将混合液于120℃下加热8h后，升温至200℃反应5h，固化，得到弹性体复合材料。

实施例7

取一块第一基底，在第一基底上沉积形成21nm厚的催化剂层，催化剂层为镍和钴的混合材料(镍和钴的质量比为1：1)，再将第一基底放置于化学气相沉积反应炉并通入氮气，再升温至830℃，再向化学气相沉积反应炉中通入碳源气体(碳源气体包括乙烯、氢气和氮气，乙烯、氢气和氮气的气体分压比为6:1:15)，碳源气体的流量控制在2L/min，反应35min，得到碳纳米管阵列，碳纳米管阵列为多壁碳纳米管阵列，碳纳米管阵列的长度为800μm，碳纳米管阵列中碳纳米管的直径为12nm。

采用夹取工具从碳纳米管阵列的边缘夹取碳纳米管阵列，并沿着垂直于碳纳米管阵列的生长方向进行拖拽并旋转得到碳纳米管纤维，将纺织好的碳纳米管纤维放置于第一基底上，从碳纳米管阵列的边缘夹取碳纳米管阵列时，夹取宽度为15mm，拖拽的速度为0.8mm/s，转速为2500rpm，碳纳米管纤维的直径为180μm。取一块第二基底，在第二基底上形成厚度为3mm的ABS塑料。

将形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底并排放置于反应腔中，形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底处于同一水平面，且碳纳米管纤维及高分子聚合物直接接触，反应腔抽真空至气压降至10^-2Torr后在通入氮气，保持氮气的流速为2.5L/min，对形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底进行紫外光照射处理，紫外光源距离形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底的距离为10mm，紫外光的照射功率为25mW，紫外光的照射波长为298nm，照射时间为45min；关闭紫外光组件，将第一基底暴露于氮气氛围下至自然冷却，得到改性碳纳米管纤维。

采用激光切割的方式将改性碳纳米管纤维切割成3μm的碳纳米管短纤维。将碳纳米管短纤维与第一溶剂混合，得到第一分散液，第一溶剂为异丙醇，碳纳米管短纤维与第一溶剂的质量比为1:120；将前驱体与第二溶剂混合，得到第二分散液，第二溶剂为异丙醇，前驱体与第二溶剂的质量比为1:2，前驱体为氨基封端的环氧树脂；将第一分散液与第二分散液混合并超声1.5h，再于研钵中充分研磨，得到混合液，碳纳米管短纤维与前驱体的质量比为3.3:100。将混合液于110℃下加热9h后，升温至180℃反应4h，固化，得到弹性体复合材料。

实施例8

取一块第一基底，在第一基底上沉积形成21nm厚的催化剂层，催化剂层为镍和钴的混合材料(镍和钴的质量比为1：1)，再将第一基底放置于化学气相沉积反应炉并通入氮气，再升温至830℃，再向化学气相沉积反应炉中通入碳源气体(碳源气体包括乙烯、氢气和氮气，乙烯、氢气和氮气的气体分压比为6:1:15)，碳源气体的流量控制在2L/min，反应35min，得到碳纳米管阵列，碳纳米管阵列为单壁碳纳米管阵列，碳纳米管阵列的长度为800μm，碳纳米管阵列中碳纳米管的直径为12nm。

采用夹取工具从碳纳米管阵列的边缘夹取碳纳米管阵列，并沿着垂直于碳纳米管阵列的生长方向进行拖拽并旋转，得到碳纳米管纤维，将纺织好的碳纳米管纤维放置于第一基底上，从碳纳米管阵列的边缘夹取碳纳米管阵列时，夹取宽度为15mm，拖拽的速度为0.8mm/s，转速为2500rpm，碳纳米管纤维的直径为180μm。

采用激光切割的方式将碳纳米管纤维切割成3μm的碳纳米管短纤维。将碳纳米管短纤维与第一溶剂混合，得到第一分散液，第一溶剂为异丙醇，碳纳米管短纤维与第一溶剂的质量比为1:120；将前驱体与第二溶剂混合，得到第二分散液，第二溶剂为异丙醇，前驱体与第二溶剂的质量比为1:2，前驱体为氨基封端的环氧树脂；将第一分散液与第二分散液混合并超声1.5h，再于研钵中充分研磨，得到混合液，碳纳米管短纤维与前驱体的质量比为3.3:100。将混合液于110℃下加热9h后，升温至180℃反应4h，固化，得到弹性体复合材料。

实施例9

取一块第一基底，在第一基底上沉积形成21nm厚的催化剂层，催化剂层为镍和钴的混合材料(镍和钴的质量比为1：1)，再将第一基底放置于化学气相沉积反应炉并通入氮气，再升温至830℃，再向化学气相沉积反应炉中通入碳源气体(碳源气体包括乙烯、氢气和氮气，乙烯、氢气和氮气的气体分压比为6:1:15)，碳源气体的流量控制在2L/min，反应35min，得到碳纳米管阵列，碳纳米管阵列为单壁碳纳米管阵列，碳纳米管阵列的长度为800μm，碳纳米管阵列中碳纳米管的直径为12nm。

采用夹取工具从碳纳米管阵列的边缘夹取碳纳米管阵列，并沿着垂直于碳纳米管阵列的生长方向进行拖拽并旋转，得到碳纳米管纤维，将纺织好的碳纳米管纤维放置于第一基底上，其中，从碳纳米管阵列的边缘夹取碳纳米管阵列时，夹取宽度为15mm，拖拽的速度为0.8mm/s，转速为2500rpm，碳纳米管纤维的直径为180μm。取一块第二基底，在第二基底上形成厚度为3mm的ABS塑料。

将形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底并排放置于反应腔中，形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底处于同一水平面，且碳纳米管纤维及高分子聚合物直接接触，反应腔抽真空至气压降至10^-2Torr后在通入氮气，保持氮气的流速为2.5L/min，对形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底进行紫外光照射处理，紫外光源距离形成有碳纳米管纤维的第一基底及形成有高分子聚合物的第二基底的距离为10mm，紫外光的照射功率为25mW，紫外光的照射波长为298nm，照射时间为45min；关闭紫外光组件，将第一基底暴露于氮气氛围下至自然冷却，得到改性碳纳米管纤维。

将改性碳纳米管纤维与第一溶剂混合，得到第一分散液，第一溶剂为异丙醇，改性碳纳米管纤维与第一溶剂的质量比为1:120；将前驱体与第二溶剂混合，得到第二分散液，第二溶剂为异丙醇，前驱体与第二溶剂的质量比为1:2，前驱体为氨基封端的环氧树脂；将第一分散液与第二分散液混合并超声1.5h，再于研钵中充分研磨，得到混合液，改性碳纳米管纤维与前驱体的质量比为3.3:100。将混合液于110℃下加热9h后，升温至180℃反应4h，固化，得到弹性体复合材料。

实施例10

将四乙氧基硅烷与前驱体以质量比0.1：1混匀后，置于120℃加热8h后，再升温至170℃反应30min，固化，得到弹性体复合材料，其中，前驱体为氨基封端的聚二甲基硅氧烷。

测试：

(1)对实施例1的弹性体复合材料进行扫描电镜测试，测定结果如图1所示。其中，图1为浓度为5phr(per hundred rubber，每百橡胶)的实施例1的弹性体复合材料的扫描电镜图。

从图1可以看出，实施例1的弹性体复合材料的碳纳米管阵列分散均匀。

(2)对实施例1中碳纳米管纤维(即未经改性的碳纳米管纤维)、聚对苯二甲酸乙二醇酯及改性碳纳米管纤维进行XPS光谱分析，结果如图2～4所示。其中，图2为碳纳米管纤维的XPS图，图3为对苯二甲酸乙二醇酯的XPS图，图4为改性碳纳米管纤维的XPS图。

从图2～4可以看出，对碳纳米管纤维进行改性后的样品中出现了两个峰，且分别对应于碳纳米管纤维和对苯二甲酸乙二醇酯的峰位，进一步说明经过上述高能紫外光处理后，高分子聚合物接枝到了碳纳米管纤维上。

(3)采用拉伸试验法测定实施例1和实施例10的弹性体复合材料的应力-应变曲线，测定结果见图5。

从图5可以看出，加入了改性后碳纳米管的弹性体复合材料，其杨氏模量和拉伸强度都得到了大幅增加。

(4)对实施例1～10的弹性体复合材料的力学性能进行测定，测定结果详见表1。表1表示的是实施例1～10的弹性体复合材料的力学性能。

具体地，采用ASTM D-412方法测试上述各材料的拉伸强度(MPA)，并计算标准化拉伸模量，其中，标准化拉伸模量的计算公式为： 其中Y为实施例1～10的弹性体复合材料的杨氏模量，而Y_control为实施例10的弹性体复合材料的杨氏模量，Y与Y_control的比值表示：与实施例10的弹性体复合材料，实施例1～10的弹性体复合材料的杨氏模量的变化；

采用ASTM D-412方法测试上述各材料的断裂伸长率(％)。

表1

从表1可以看出，实施例1～7的弹性体复合材料的标准化拉伸模量为81.5～84.3，断裂伸长率为643％～673％，优于实施例8，说明加入改性碳纳米管阵列得到的弹性体复合材料的拉伸模量较高，断裂伸长率较高。并且实施例1～7的弹性体复合材料的标准化拉伸模量约为实施例10的80倍，而实施例1～3和实施例5的弹性体复合材料的断裂伸长率略低于实施例10，说明上述实施方式中的得到碳纳米管短纤维能够与前驱体交联，且能够得到兼具较高的拉伸模量和较高的断裂伸长率的弹性体复合材料。

实施例4的弹性体复合材料的拉伸模量和断裂伸长率均优于实施例3，说明通过先制成初级纤维再得到碳纳米管纤维能够进一步提高弹性体复合材料的力学性能；实施例3的弹性体复合材料的拉伸模量和断裂伸长率均优于实施例9，说明通过将碳纳米管纤维剪切成短纤维，能够更好地与前驱体交联，得到力学性能更加优异的弹性体复合材料。

(5)采用容量法测定实施例1～10的弹性体复合材料的溶胀度，测定结果详见表2。具体地，取等体积的实施例1～8的弹性体复合材料，将实施例1～8的弹性体复合材料浸泡于水中2h，测定浸泡前后弹性体复合材料的体积变化，并计算溶胀度，溶胀度即为浸泡前后的体积差与浸泡前的体积之比。

表2实施例1～10的弹性体复合材料的溶胀度

从表2可以看出，实施例1～7的弹性体复合材料的膨胀度为45％～56％，说明实施例1～7的弹性体复合材料的交联度较好，进而说明上述实施方式中的改性碳纳米管阵列能够与前驱体较好的交联。且实施例1～7的弹性体复合物材料的膨胀度低于实施例9，说明实施例1～7的改性碳纳米管阵列的交联作用优于实施例9的四乙氧基硅烷，进而说明上述实施方式得到的改性碳纳米管阵列能够用作交联剂，以替代传统的交联剂来制作弹性体复合材料。

综上所述，上述实施方式的改性碳纳米管阵列能够作为交联剂，与前驱体反应，制备具有较优力学性能的弹性体复合材料。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种改性碳纳米管纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

在第一基底上形成碳纳米管纤维；

在第二基底上沉积高分子聚合物，所述高分子聚合物选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、ABS塑料、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、酚醛树脂、羟基封端的聚苯乙烯、酯基封端的聚苯乙烯及聚苯乙烯甲基丙烯酸甲酯中的至少一种；及

在保护性气体氛围下，对形成有所述碳纳米管纤维的所述第一基底及形成有所述高分子聚合物的所述第二基底进行紫外光照射处理，以使所述高分子聚合物和所述碳纳米管纤维进行接枝反应，得到改性碳纳米管纤维，所述紫外光的照射功率为15mW～35mW，所述紫外光为照射波长为150nm～350nm的单色窄带光，所述紫外光照射处理的时间为40min～50min。

2.根据权利要求1所述的改性碳纳米管纤维的制备方法，其特征在于，所述在第一基底上形成碳纳米管纤维的步骤包括：

在所述第一基底上形成催化剂层；

在保护性气体氛围下，将形成有所述催化剂层的所述第一基底升温至550℃～900℃后，再通入碳源气体反应，得到碳纳米管阵列；所述碳源气体包括乙烯、氢气和氮气，所述乙烯、所述氢气和所述氮气的气体分压比为(25～40)：(1～10)：(70～80)；

对所述碳纳米管阵列进行纺丝得到所述碳纳米管纤维；及

将所述碳纳米管纤维置于所述第一基底。

3.根据权利要求2所述的改性碳纳米管纤维的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管阵列为单壁碳纳米管阵列，所述碳纳米管阵列的长度为760μm～900μm，所述碳纳米管阵列中碳纳米管的直径为10nm～15nm。

4.一种改性碳纳米管纤维，其特征在于，由权利要求1～3任一项所述的改性碳纳米管纤维的制备方法制备得到。

5.一种弹性体复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

在第一基底上形成碳纳米管纤维；

在第二基底上沉积高分子聚合物，所述高分子聚合物选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、ABS塑料、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、酚醛树脂、羟基封端的聚苯乙烯、酯基封端的聚苯乙烯及聚苯乙烯甲基丙烯酸甲酯中的至少一种；

在保护性气体氛围下，对形成有所述碳纳米管纤维的所述第一基底及形成有所述高分子聚合物的所述第二基底进行紫外光照射处理，以使所述高分子聚合物和所述碳纳米管纤维进行接枝反应，得到改性碳纳米管纤维，所述紫外光的照射功率为15mW～35mW，所述紫外光为照射波长为150nm～350nm的单色窄带光，所述紫外光照射处理的时间为30min～60min；

将所述改性碳纳米管纤维切割成碳纳米管短纤维；及

将所述碳纳米管短纤维及前驱体混合均匀，成型，得到弹性体复合材料，所述前驱体选自氨基封端的聚二甲基硅氧烷、氨基封端的聚异戊二烯、氨基封端的聚丁二烯、氨基封端的聚异丁烯、氨基封端的卤代聚异戊二烯、氨基封端的卤代聚异丁烯、氨基封端的环氧树脂及氨基封端的三元乙丙橡胶中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的弹性体复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管短纤维的长度为1μm～5μm；及/或，

所述碳纳米管短纤维与所述前驱体的质量比为2.5:100～4.1:100。

7.根据权利要求5所述的弹性体复合材料的制备方法，其特征在于，所述将所述碳纳米管短纤维及前驱体混合均匀的步骤包括：

将所述碳纳米管短纤维与第一溶剂混合，得到第一分散液，所述第一溶剂选自二氯苯、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、氯仿、丙酮、甲基乙基酮、异丙醇、环己烷及N-甲基吡咯烷酮中的至少一种；

将所述前驱体与第二溶剂混合，得到第二分散液，所述第二溶剂选自二氯苯、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、氯仿、丙酮、甲基乙基酮、异丙醇、环己烷及N-甲基吡咯烷酮中的至少一种；及

将所述第一分散液与所述第二分散液混合均匀。

8.根据权利要求7所述的弹性体复合材料的制备方法，其特征在于，所述改性碳纳米管阵列与所述第一溶剂的质量比为1:(100～150)，所述前驱体与所述第二溶剂的质量比为1:(1～3)。

9.根据权利要求5所述的弹性体复合材料的制备方法，其特征在于，所述成型的步骤具体为：将混匀后的所述改性碳纳米管阵列及所述前驱体的混合液于100℃～120℃加热8h～10h，再于170℃～200℃下反应3.5h～5h，固化，得到所述弹性体复合材料。

10.一种弹性体复合材料，其特征在于，由权利要求5～9任一项所述的弹性体复合材料的制备方法制备得到。