[發明專利]仿樹根型碳納米管接枝碳纖維增強體的制備方法

無效

• 申請號: 200910311164.5
• 申請日: 2009-12-10
• 公開（公告）號: CN101718037A
• 公開（公告）日: 2010-06-02
• 發明（設計）人: 赫曉東;梅蕾;李宜彬;王榮國;彭慶宇
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: D06M11/74
• 分類號: D06M11/74;D06M101/40
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 韓末洙

技術領域

本發明涉及一種碳纖維增強體的制備方法。

背景技術

結合微米尺度的傳統碳纖維與納米尺度的碳納米管而成的仿樹根型增強材料已被證明可 以在界面增加機械嚙合作用從而顯著提高界面性能。但目前多以通過化學氣相沉積在碳纖維 表面直接生長出碳納米管。其過程主要是采用磁控濺射技術(Magnatron?Sputtering)在纖 維束上濺射一層不銹鋼作為催化劑，然后在高溫下通N₂和H₂混合氣體將催化劑層轉變成催化 劑顆粒，然后改通乙炔氣體，即在碳纖維表面得到一層碳納米管，然后以此碳纖維作為復合 材料增強體，獲得仿樹根狀纖維增強復合材料。此方法雖然可以制備仿樹枝型多尺度增強體 ，但一方面工藝條件、技術設備要求苛刻，很難工業批量生產，并且界面引入的金屬催化劑 雜質無法清除，嚴重影響增強體與樹脂的界面結合。另一方面此增強體與樹脂基體僅為機械 嚙合，缺少化學鍵合，使增強體與樹脂基體界面粘結性能差。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是為了解決現有方法工藝時間長，過程有毒害，制得的仿樹 根型增強材料與樹脂基體僅為機械嚙合、界面粘結性能差的問題，提供了一種仿樹根型碳納 米管接枝碳纖維增強體的制備方法。

本發明仿樹根型碳納米管接枝碳纖維增強體的制備方法如下：一、酸處理碳納米管：將 0.01～5重量份碳納米管加入到1～100重量份強酸中，然后在溫度為60℃～100℃、頻率為 40KHz～90KHz的條件下超聲處理6h～9h，再用微孔濾膜過濾，將過濾后的碳納米管用去離子 水洗滌至洗液為中性，在溫度為30℃～100℃的條件下烘干，得到羧基改性的碳納米管；二 、將羧基改性的碳納米管與樹枝狀大分子修飾的碳纖維按照5～20∶100的重量比放入溶劑中 ，然后在20℃～50℃的條件下反應12h～24h、過濾，將過濾后的碳纖維先用丙酮后用去離子 水交替洗滌3～5次，再將碳纖維在30℃～100℃的條件下烘干，即得仿樹根型碳納米管接枝 碳纖維增強體；步驟一中所述的強酸是質量濃度為70％硝酸、質量濃度為98％硫酸或質量濃度 為70％的硝酸與質量濃度為98％的硫酸按照1∶3體積比組成的混合酸；步驟一中所述的碳納米 管是單壁碳納米管或多壁碳納米管；步驟二中所述溶劑為丙酮或N，N-二甲基甲酰胺；步驟一 中所述微孔濾膜的孔徑為0.2μm～0.45μm.

本發明方法成本低，無需長時間高溫加熱，無需化學氣相沉積所需的大型儀器，生產效 率高，主要的工藝過程在25小時內完成；本發明方法可獲得表面形貌(接枝密度、接枝碳納 米管長度)可控的碳纖維增強體，從而滿足不同工程的需求；本發明方法環保無毒；采用本 發明所得的仿樹根型碳納米管接枝碳纖維增強體不僅能夠在與環氧樹脂存在機械嚙合作用， 而且表面大量活性官能團與環氧樹脂中打開的環氧基形成了化學鍵，從而提高了碳纖維/環 氧樹脂復合材料界面的剪切強度。采用本發明所得的仿樹根型碳納米管接枝碳纖維增強體制 備的碳纖維/環氧樹脂復合材料的界面剪切強度為150.46MPa，環氧樹脂基體的沖擊韌性為 5.73J(未經過碳納米管接枝的碳纖維制備的碳纖維/環氧樹脂復合材料的界面剪切強度為 45.3MPa～50.5MPa，環氧樹脂基體的沖擊韌性為3.02J～3.34J)，使碳纖維/環氧樹脂復合 材料界面剪切強度提高了170％～250％，環氧樹脂的沖擊韌性提高了60％～85％。

附圖說明

圖1是具體實施方式十二中所得仿樹根型碳納米管接枝碳纖維增強體的掃描電鏡照片； 圖2是具體實施方式十二所得仿樹根型碳納米管接枝碳纖維增強體中單根碳納米管接枝效果 圖。

具體實施方式

本發明技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式，還包括各具體實施方式間的任意組 合。