[發(fā)明專利]一種碳納米管接枝玻璃纖維多尺度增強(qiáng)體的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110182868.4
• 申請日: 2011-07-01
• 公開（公告）號: CN102286160A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邱軍;王宗明;張錦南
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué);上海玻璃鋼研究院有限公司
• 主分類號: C08K9/06
• 分類號: C08K9/06;C08K9/04;C08K9/02;C08K7/14;C08K7/00;C08K3/04;C08J5/08
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳納米管接枝玻璃纖維多尺度增強(qiáng)體的制備方法。

背景技術(shù)

碳納米管(Carbon?nanotubes,CNTs)是1991年由日本Iijima發(fā)現(xiàn)的一維碳族材料,它由一層或多層石墨層卷繞而成,具有中空筒柱型結(jié)構(gòu)。碳納米管奇特的結(jié)構(gòu)賦予其優(yōu)異的機(jī)械性能、電學(xué)性能和熱力學(xué)性能，因此被越來越廣泛地作為聚合物的增強(qiáng)材料,制備輕質(zhì)高強(qiáng)的復(fù)合材料。玻璃纖維是一種性能優(yōu)異的無機(jī)非金屬材料，種類繁多，優(yōu)點是絕緣性好、耐熱性強(qiáng)、抗腐蝕性好，機(jī)械強(qiáng)度高，但缺點是性脆，耐磨性較差。玻璃纖維是非常好的金屬材料替代材料，隨著市場經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，玻璃纖維成為建筑、交通、電子、電氣、化工、冶金、環(huán)境保護(hù)、國防等行業(yè)必不可少的原材料。由于在多個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，因此，玻璃纖維日益受到人們的重視。玻璃纖維通常用作復(fù)合材料中的增強(qiáng)材料，電絕緣材料和絕熱保溫材料，電路基板等國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域。玻璃纖維與樹脂之間的相容性、親和性較差，兩者之間很難形成有效的界面黏結(jié)，在外加載荷作用下，容易造成界面脫粘，纖維不能充分發(fā)揮增強(qiáng)作用。為了改善玻璃纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料的界面黏結(jié)，可以通過對玻璃纖維表面進(jìn)行改性，提高玻璃纖維與聚合物基體間的界面粘結(jié)強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種界面粘結(jié)牢固的碳納米管接枝玻璃纖維多尺度增強(qiáng)體的制備方法。

本發(fā)明提出的一種碳納米管接枝玻璃纖維多尺度增強(qiáng)體的制備方法，是將碳納米管經(jīng)過純化，羧基化后，得到表面接有羧基的碳納米管，再將羧基化的碳納米管均勻分散在有機(jī)溶劑中與玻璃纖維反應(yīng)，得到玻璃纖維表面接枝有碳納米管，再將表面接枝有碳納米管的玻璃纖維浸入偶聯(lián)劑溶液中處理，得到碳納米管接枝改性功能化玻璃纖維的多尺度增強(qiáng)體。具體步驟如下：

(1)稱取0.1～1×10g干燥的碳納米管和10～1×10⁴mL無機(jī)酸混合，在1~120kHz超聲波或10?r/min~10⁶?r/min的離心速度攪拌下處理0.1～24小時，然后加熱至20～150℃，反應(yīng)1～48小時，經(jīng)去離子水稀釋洗滌，微孔濾膜抽濾，反復(fù)洗滌多次至濾液呈中性，在溫度為25～150℃下真空干燥1～48小時，得到純化的碳納米管；

(2)將步驟(1)中得到的純化碳納米管0.1～1×10g和強(qiáng)氧化性酸1～1×10³mL混合，在1~120kHz超聲波下處理0.1～80小時，然后加熱到25～120℃，攪拌并回流反應(yīng)1～80小時，經(jīng)去離子水稀釋洗滌，超微孔濾膜抽濾，反復(fù)洗滌多次至濾液呈中性，在25～200℃溫度下真空干燥1～48小時，得到酸化的碳納米管；

(3)將步驟(2)所得酸化的碳納米管0.1～1×10g和1～1×10³mL有機(jī)溶劑混合，以1~120kHz超聲波或攪拌處理1分鐘～24小時，使酸化的碳納米管均勻分散在有機(jī)溶劑中，在5～120℃溫度下，加入0.1～1×10³g干燥的玻璃纖維，反應(yīng)1分鐘～96小時后，抽濾并反復(fù)洗滌，在25~200℃溫度下真空干燥0.1～48小時，得到表面接枝有碳納米管的玻璃纖維多尺度增強(qiáng)體；

(4)將步驟(3)所得表面接枝有碳納米管的玻璃纖維多尺度增強(qiáng)體0.1～1×10³g浸入1～1×10³mL偶聯(lián)劑溶液中，在5～120℃溫度下，反應(yīng)1分鐘～96小時后，抽濾并在25~200℃溫度下干燥0.1～48小時，得到表面接枝有碳納米管的功能化玻璃纖維多尺度增強(qiáng)體。

本發(fā)明中，步驟(1)中所述碳納米管為電弧放電、化學(xué)氣相沉淀、模板法、太陽能法或激光蒸發(fā)法中的任一種制備的單壁或多壁碳納米管或以其任意比例混合的混合物。

本發(fā)明中，步驟(1)中所述無機(jī)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多種混合液。

本發(fā)明中，步驟(2)中所述強(qiáng)氧化性酸均為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、1∕100～100∕1摩爾比過氧化氫和硝酸混合液或15～95％重量濃度過氧化氫溶液中任一種或其多種組合。