[發明專利]一種氨化改性碳納米管/聚酰亞胺復合材料的制備方法

無效

• 申請號: 200910195890.5
• 申請日: 2009-09-18
• 公開（公告）號: CN101654556A
• 公開（公告）日: 2010-02-24
• 發明（設計）人: 李健
• 申請（專利權）人: 上海第二工業大學
• 主分類號: C08L79/08
• 分類號: C08L79/08;C08K9/04;B29C43/58
• 代理公司: 上海東創專利代理事務所（普通合伙）
• 代理人: 寧芝華

技術領域

本發明涉及一種新型復合材料的制備方法，具體涉及一種氨化改性碳納米管/聚酰亞胺復合材料的制備方法，采用經過氨化改性處理的碳納米管填充改性聚酰亞胺復合材料，以提高復合材料的兼容性，進而提高復合材料的力學性能和耐磨損性能。

背景技術

隨著科學技術的發展，特別是航空和航天工業的發展，要求使用比以往密度更小、剛度和強度更大以及耐磨性能更加優越的復合材料，滿足極端條件下的使用要求。例如，要求制作在高溫、高速、高真空及輻照環境中工作的摩擦零部件，一般工程高聚物很難勝任。要獲得這樣的材料，可將具有高彈性模量、高強度的增強材料與具有高耐磨性能的聚合物基體材料結合在一起。

聚酰亞胺(PI)具有突出的熱穩定性、良好的抗沖擊、抗輻射和耐溶劑性能，在高溫、高低壓和高速等極端環境下具有優異的摩擦磨損性能，是一類很有潛力應用于摩擦學領域的基體材料。但是，純PI因較低的抗拉、抗壓強度，不適宜單獨作為摩擦材料使用，需要加入增強纖維后可得到力學性能和摩擦學性能優異的PI復合材料。

碳納米管(CNT)是1991年才發現的直徑為幾納米到幾十納米，長度為微米級的一維納米材料，，這種特殊的結構賦予了它獨特的電學、力學、化學和物理學特性.因此，碳納米管在電子、材料、生物、醫學、航天等領域引起了廣泛的關注，由于碳納米管表面的碳原子采用SP2或SP3雜化與周圍三個碳原子完全鍵合而成的六邊形環狀結構，結構穩定、反應活性很低，碳納米管徑向的納米級尺寸和高的表面能導致其容易團聚，分散性較差，降低了碳納米管的有效長徑比。此外，碳納米管表面特征與石墨相似，在絕大部分溶劑中不溶，濕潤性能差，限制了其進一步應用。為了提高碳納米管的分散性并增加其與基底界面的結合力，必須通過對碳納米管進行表面改性。目前，表面修飾主要首先通過強酸在CNT表面引入羧基，然后通過酰氯化反應增加反應活性，再通過酯化反應或酰胺化反應引入其它官能團。這種方法工藝復雜，要求無水溶劑，條件苛刻，反應過程難于控制。

發明內容

本發明公開了一種氨化改性碳納米管/聚酰亞胺復合材料的制備方法，其目的在于針對碳納米管與聚酰亞胺基體之間兼容性差的問題，提供一種氨化改性碳納米管/聚酰亞胺復合材料的制備方法，制備出具有更加優異摩擦學性能和力學性能的復合材料，可以適用于高要求的實際工況。

一種氨化改性碳納米管/聚酰亞胺復合材料的制備方法，其特征在于：

A)先將碳納米管經過質量分數為2％的多乙烯多胺水溶液槽，然后通過600℃的熱空氣反應爐進行反應，再經蒸餾水槽水洗后干燥；

B)將A)中反映后的碳納米管與聚酰亞胺粉料混合，放入不銹鋼模具中壓制成型，經過高溫燒結制成碳納米管/聚酰亞胺復合材料；

C)所述混合粉料中碳納米管的重量百分比為混合粉料的5～10％；

D)所述多乙烯多胺溶液分子式為H₂NC₂H₄(NHC₂H₄)nNH₂。

所述的壓制成型工藝步驟如下：

E)先將爐溫升至110℃，保持60分鐘，對預成型坯料進行預塑，壓力控制在10-15MPa；

F)再以60℃/小時的速度升溫至190℃-220℃，保溫1小時，使模壓料成型；

G)最后隨爐降溫降到80℃后將壓力去掉，將模壓成型后的復合材料連同模具一起取出，冷卻至室溫，獲得氨化改性碳納米管/聚酰亞胺復合材料。

本發明通過一種簡單的方法，就可以對CNT表面的羧基進行胺基化，并且每個羧基可以生成兩個胺基，增加了CNT表面胺基的密度，有效提高了復合材料的界面結合性能和摩擦系數，氨化改性處理對于復合材料拉伸性能也有明顯的提高。

具體實施方式

以下結合實施例對本發明作進一步詳細描述，但本實施例不能用于限制本發明，凡采用本發明方法及其相似變化的，均應列入本發明的保護范圍。

實施例1：

復合材料的組分重量百分比為：碳納米管：5％，聚酰亞胺：95％。

復合材料制備過程如下：