[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

技術領域

本發明屬于納米材料技術領域，具體涉及一種碳纖維/碳納米管/環氧樹脂多維混雜 復合材料的制備方法。

背景技術

環氧樹脂是一種熱固性低聚物，性能很差。除了用作聚氯乙烯的穩定劑之外，沒有直 接使用價值。但是當它與固化劑進行固化反應形成三維交聯網絡結構之后，則呈現出一系 列優異的性能。所以，固化劑與環氧樹脂的化學反應性能是環氧樹脂應用的基礎、核心。 環氧樹脂在固化過程中的行為及固化物的性能在很大程度上取決于固化劑的性能以及它 與樹脂之間地互相影響及合理配合，而這些又取決于固化劑的分子結構。因此，研究環氧 樹脂地應用在某種程度上就是研究環氧樹脂的固化問題。

碳納米管(CNTs)自被發現以來，就以其優異的力學性能、電學性能、熱學性能和化學 性能等，迅速成為各科學領域研究的熱點。雖然碳納米管在制備質輕、高強度復合材料中 有潛在的應用前景，但要將其真正變成現實，還有許多問題需要解決。碳納米管的表面能 較高，容易發生團聚，使它在聚合物中難以實現均勻分散。碳納米管要作為增強材料必須 要與聚合物骨架緊密結合，這樣才能使應力有效地轉移到碳納米管上。如何均勻分散碳納 米管并增強碳納米管與基體材料界面間的結合作用，是提高復合材料各項性能的關鍵。碳 纖維復合材料的優異性能已在各行業中獲得廣泛應用。可以利用利用碳纖維和碳納米管各 自優異的力學性能改性環氧樹脂，制備碳纖維/碳納米管/環氧樹脂多維混雜復合材料， 可以預見碳纖維/碳納米管/環氧樹脂混雜復合材料的前景將是非常廣闊的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種分散性好、界面粘結牢固的碳纖維/碳納米管/環氧樹脂 多維混雜復合材料的制備方法。

本發明提出的碳纖維/碳納米管/環氧樹脂多維多維混雜復合材料的制備方法，是將 碳納米管表面純化，對純化的碳納米管表面進行羧基化、酰氯化后，引入具有特征結構的 二元胺或多元胺，得到表面具有活性氨基的接枝型碳納米管，再將接有此氨基的碳納米管 用小分子芳香族多元酸酐化合物修飾，制備攜帶酸酐基團的碳納米管。超聲波振蕩和高速 攪拌，使碳納米管分散于環氧樹脂基體中，采用有機酸酐類固化劑固化，以得到含有碳納 米管的環氧樹脂聚合物作為基體和碳纖維按一定方式復合，最后形成以共價鍵相連的多維 混雜復合材料結構，則碳纖維和碳納米管表面將纏繞有大量的聚合物。其具體步驟如下：

(1)稱取1～1×10²g干燥的碳納米管和10g～1×10³g有機酸混合，在1～120kHz超聲 波或10r/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；

(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1～1×10⁴mL， 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；