[發明專利]碳纖維/碳納米管/環氧樹脂多維混雜復合材料的制備方法

無效

• 申請號: 201010121917.9
• 申請日: 2010-03-11
• 公開（公告）號: CN101811661A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: 邱軍;陳典兵
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: B82B3/00
• 分類號: B82B3/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

1.一種碳纖維/碳納米管/環氧樹脂多維混雜復合材料的制備方法，其特征在于具 體步驟如下：

(1)稱取1～1×10²g干燥的碳納米管和10g～1×10³g酸混合，在1～120kHz超聲波或10 r/min～10⁶r/min的離心速度攪拌下處理1～80小時，然后加熱至20～180℃，反應1～48 小時，以微濾膜抽濾，反復洗滌至中性，在25～150℃溫度下真空干燥1～48小時，得到 純化的碳納米管；所述酸為1～35％重量酸濃度的硝酸、1～55％重量酸濃度的硫酸或1～ 50％重量酸濃度的鹽酸中任一種或其混合液；

(2)將1～1×10²g干燥的碳纖維、步驟(1)中得到純化碳納米管1～1×10²g分別和強氧 化性酸1～1×10⁴mL混合，在1～120kHz超聲波下處理1～80小時，然后加熱到25～120℃， 攪拌并回流反應1～80小時，超微孔濾膜抽濾，反復洗滌至溶液呈中性，在25～200℃溫 度下真空干燥1～48小時，分別得到酸化的碳纖維和碳納米管；

(3)將步驟(2)所得酸化的碳纖維和碳納米管1～1×10²g分別和酰化試劑10～1×10⁴g， 以1～120kHz超聲波處理0.1～10小時后，加熱到25～220℃，攪拌并回流反應0.5～100小 時，抽濾并反復洗滌除去酰化試劑，分別得到酰基化的碳纖維和碳納米管；

(4)將步驟(3)所得酰化碳纖維和碳納米管1～1×10²g分別和二元胺或多元胺10～ 1×10⁴g，以1～100kHz超聲波處理1～100小時，然后在25～200℃溫度下反應0.5～100小 時，抽濾并反復洗滌，在25～200℃溫度下真空干燥1～48小時，分別得到表面帶有活性氨 基的接枝型碳纖維和碳納米管；

(5)將步驟(4)所得表面帶有活性氨基的碳纖維和碳納米管1～1×10²g在極性有機溶劑 冰浴中攪拌滴加1～100g的芳香族酸酐化合物，滴加完畢后升溫至100～150℃回流3～ 12小時，用極性有機溶劑洗去未反應的芳香族酸酐化合物，40～80℃下真空干燥3～12小 時，得到帶有活性酸酐基團的碳纖維和碳納米管；

(6)將步驟(5)所得表面帶有活性酸酐基團的碳納米管1～1×10²g和環氧樹脂10～ 1×10⁴g，升溫至樹脂基體熔融后，攪拌分散均勻并在真空條件下除氣泡，同時進行化學交 聯反應，得到含有碳納米管的環氧樹脂聚合物；

(7)將以步驟(6)所得到含有碳納米管的環氧樹脂聚合物20g-25g作為基體和碳纖維 20g-100g機械混合，在60～100℃，超聲波分散1～12小時，加入40～50g有機酸酐類固化 劑，將以上固化體系倒入模具中，真空條件下除氣泡，在100～250℃下固化成型，得到含 碳纖維/碳納米管/環氧樹脂多維混雜復合材料。

2.根據權利要求1所述的碳纖維/碳納米管/環氧樹脂多維混雜復合材料的制備方 法，其特征在于步驟(1)中所述碳納米管包括化學氣相沉積法、電弧放電法、太陽能法、模 板法或激光蒸發法中的任一種制備的單壁、雙壁或多壁碳納米管。

3.根據權利要求1所述的碳纖維/碳納米管/環氧樹脂多維混雜復合材料的制備方 法，其特征在于步驟(2)中所述強氧化性酸為0.1～70％重量酸濃度硝酸、1～100％重量酸 濃度硫酸、1/100～100/1摩爾比高錳酸鉀和硫酸混合溶液、1/100～100/1摩爾比硝 酸和硫酸混合溶液、1/100～100/1摩爾比高錳酸鉀和硝酸混合溶液、1/100～100/1 摩爾比過氧化氫和硫酸混合液、1/100～100/1摩爾比過氧化氫和鹽酸混合液或1/100～ 100/1摩爾比過氧化氫和硝酸混合液中任一種。

4.根據權利要求1所述的碳纖維/碳納米管/環氧樹脂多維混雜復合材料的制備方 法，其特征在于步驟(3)中所述酰化試劑為二氯亞砜、三氯化磷、五氯化磷、亞硫酰氯、三 溴化磷、五溴化磷或亞硫酰溴中任一種。