[發(fā)明專利]一種石英纖維表面原位生長(zhǎng)碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110219198.9
• 申請(qǐng)日: 2011-08-02
• 公開（公告）號(hào): CN102329431A
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張玲;李春忠;金磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華東理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C08J5/08
• 分類號(hào): C08J5/08;C08G59/40;C08K9/02;C08K7/14
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 胡紅芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石英纖維表面原位生長(zhǎng)碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的玻璃纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料已獲得了廣泛應(yīng)用，復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)是影響應(yīng)力及其他信息傳遞的重要因素，提高復(fù)合材料界面應(yīng)力傳遞的常規(guī)方法是增強(qiáng)界面的物理化學(xué)相互作用。通過(guò)對(duì)增強(qiáng)體進(jìn)行物理化學(xué)修飾改性雖然一定程度上能改善增強(qiáng)體和基體之間的界面相互作用，但其改善復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度的效果仍是很不理想的，因而限制了這類材料的發(fā)展及在某些領(lǐng)域的應(yīng)用拓展。

碳納米管(CNTs)具有超強(qiáng)的力學(xué)性能、極大的長(zhǎng)徑比、良好的電學(xué)性能、很高的化學(xué)和熱穩(wěn)定性等，是一種理想的增強(qiáng)型功能化填料。但就目前的報(bào)道而言，碳納米管增強(qiáng)聚合物的效果基本上都不好，離期望的增強(qiáng)效果還有很大差距，這主要是由于碳納米管的分散及界面結(jié)合問(wèn)題造成的。因此，對(duì)于聚合物/碳納米管復(fù)合材料而言，如何均勻分散碳納米管并增強(qiáng)碳納米管與基體材料間的界面結(jié)合作用，是提高復(fù)合材料各項(xiàng)性能的關(guān)鍵。

考慮到單純的纖維或碳納米管作為增強(qiáng)材料都有所不足，本發(fā)明提供了一種玻璃纖維原位生長(zhǎng)碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法。在玻璃纖維表面原位生長(zhǎng)碳納米管，不但能增大纖維與基體的相互作用面積，利用樹脂/纖維之間納米結(jié)構(gòu)相的橋梁作用，顯著增強(qiáng)纖維與樹脂基體的界面結(jié)合力，實(shí)現(xiàn)層間受控于樹脂基體相薄弱環(huán)節(jié)的應(yīng)力傳遞加強(qiáng)，還能有效解決碳納米管的分散問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種分散性好、界面粘結(jié)牢固的石英纖維表面原位生長(zhǎng)碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法。

本發(fā)明的構(gòu)思是這樣的：

一種石英纖維表面原位生長(zhǎng)碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：

（1）將催化劑顆粒和溶劑在超聲振蕩或高速攪拌下混合均勻，靜置，得到濃度為0.1～0.5mol/L的催化劑溶液；所述催化劑顆粒為硝酸鈷、硝酸鎳、硝酸鐵、硫酸鎳中的任一種；所述溶劑為去離子水、無(wú)水乙醇、異丙醇中的任一種；

（2）裁取一定尺寸大小的玻璃布，將其浸漬在所述催化劑溶液中4～6h，然后取出置于培養(yǎng)皿中，在溫度為30～60℃的烘箱中烘干，得到處理好的玻璃布；

（3）將所述處理好的玻璃布放置在化學(xué)氣相沉積用的管式爐中，管式爐，兩端密封，左端進(jìn)氣，后端排出尾氣；反應(yīng)前，先以500～1000mL/min的流量通入惰性氣體，排除多余的空氣后，以3～6℃/min的升溫速率升溫；當(dāng)溫度達(dá)到500～700℃時(shí)，通入碳源氣，反應(yīng)5～60min，反應(yīng)完成關(guān)閉所述碳源氣，繼續(xù)通所述惰性氣體直至溫度降至室溫下，取出變?yōu)楹谏牟ＡР迹砻婧谏奈镔|(zhì)即為碳納米管陣列；

（4）將環(huán)氧樹脂和固化劑按質(zhì)量比3：0.5～1.5混合均勻后，采用真空輔助樹脂傳遞模塑導(dǎo)入上述步驟（3）中制得的表面具有碳納米管陣列的玻璃布，真空條件下除泡，在95～110℃下固化成型，得到石英纖維原位生長(zhǎng)碳納米管/環(huán)氧樹脂多維混雜復(fù)合材料。

步驟（2）中所述玻璃布為單向長(zhǎng)纖維布、雙向編織布、三相編織布中的任一種。

步驟（3）中所述惰性氣體為氮?dú)狻⒑狻鍤庵械娜我环N。

步驟（3）中所述碳源氣為乙炔、乙烯、甲烷中的任一種。

步驟（4）中所述環(huán)氧樹脂為縮水甘油醚類、縮水甘油酯類、脂環(huán)類環(huán)氧樹脂中的任一種。

步驟（4）中所述固化劑為有機(jī)酸酐類固化劑、脂肪族胺類固化劑、脂環(huán)族胺類固化劑中的任一種。

本發(fā)明的有益效果如下：

（a）由以上技術(shù)方案和實(shí)施方法可知，本發(fā)明提供的制備方法簡(jiǎn)單易行，得到的是表面均勻分布碳納米管陣列的石英纖維/環(huán)氧樹脂多維混雜復(fù)合材料。由于碳納米管的作用，改善了石英纖維與基體樹脂之間的界面強(qiáng)度，使復(fù)合材料具有較好的層間剪切強(qiáng)度。

（b）本發(fā)明是在石英纖維表面原位引入均勻分布的碳納米管，利用此結(jié)構(gòu)與環(huán)氧樹脂進(jìn)行復(fù)合，由于碳納米管本身的特性，從而改善石英纖維復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度不足的缺點(diǎn)，此多維混雜復(fù)合材料具有界面粘結(jié)強(qiáng)、易固化等性能，使復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能得到明顯提高。因此，本發(fā)明具有重要的科學(xué)技術(shù)價(jià)值和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1是真空輔助樹脂傳遞模塑的工藝流程圖；

圖2是實(shí)施例1復(fù)合材料的層間剪切情況的掃描電鏡照片；

圖3是實(shí)施例2復(fù)合材料的層間剪切情況的掃描電鏡照片；

圖4是對(duì)比例1、實(shí)施例1與實(shí)施例2復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度的比較；