[發明專利]基于碳納米管/氧化石墨烯/POSS單體的纖維表面上漿劑的制備方法

無效

• 申請號: 201210439178.7
• 申請日: 2012-11-06
• 公開（公告）號: CN102912626A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 盧少微;李倩;張春旭;曾憲君;高禹;聶鵬
• 申請（專利權）人: 沈陽航空航天大學
• 主分類號: D06M11/74
• 分類號: D06M11/74;D06M11/73;D06M13/50
• 代理公司: 沈陽維特專利商標事務所(普通合伙) 21229
• 代理人: 甄玉荃

技術領域

本發明涉及一種復合材料上漿劑領域，尤其涉及一種基于碳納米管/氧化石墨烯/POSS單體的纖維表面上漿劑的制備方法。

背景技術

纖維增強復合材料性能受纖維與基體的界面性能影響顯著，好的界面粘接可確保載荷從基體向增強材料的有效傳遞，降低應力集中及改善力學性能。利用碳納米管、石墨烯等納米材料來改善纖維增強復合材料的纖維/基體界面成為國內外研究的熱點。

但碳納米管分子間作用力大，當在聚合物基體內分散量較大時，更趨向于團聚，同時碳納米管巨大的比表面積也會導致聚合物基體黏度增大，造成復合材料成型困難，從而影響復合材料的整體力學性能，同時也會造成成本的提高。目前采用的化學氣相沉積法在纖維表面生產碳納米管的方法生產環境苛刻，同時會損壞纖維外層，引入表面缺陷，影響纖維拉伸性能。

發明內容

本發明是以解決上述問題為目的，主要解決現有技術復合材料成型困難、整體力學性能差及成本高的問題。本發明將碳納米管、氧化石墨烯、POSS單體偶聯劑引入上漿劑配方，利用該上漿劑將碳納米管、氧化石墨烯、POSS單體涂敷于纖維表面，充分利用上述納米材料的表面特性改善纖維增強復合材料中纖維與基體的界面性能，同時也解決了直接在樹脂中加入納米材料，影響成型工藝及納米材料加入量有限的問題。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：基于碳納米管/氧化石墨烯/POSS單體的纖維表面上漿劑的制備方法，是通過以下步驟實現的：

a、由Hummers法制備氧化石墨，取氧化石墨加入等離子水，超聲分散20-180min，形成顏色均勻的咖啡色氧化石墨烯溶液，高速離心后取上層清液；

b、氧化石墨烯-碳納米管水溶液配制：向氧化石墨烯水溶液中加入碳納米管，磁力攪拌30-180min，超聲分散10-60min，離心后取上層清液。其中碳納米管為單壁碳納米管、多壁碳納米管或功能化碳納米管，氧化石墨烯：碳納米管重量比為1：1-10：1，碳納米管的濃度為0.01-0.3wt%，氧化石墨烯濃度為0.01-3wt%；

c、POSS單體水溶液配制：將可溶于水的納米POSS單體溶于去等離子水溶液內，超聲處理得到分布均勻的POSS水溶液，POSS單體的濃度為0.01-1%，納米POSS單體的尺寸為1-30nm；

d、將上述步驟b與c溶液的混合液經超聲分散得到碳納米管/氧化石墨烯/POSS單體的上漿劑溶液，上漿劑中固含量為0.1-1wt%，碳納米管：氧化石墨烯：POSS單體質量比=0.1：1：1-1：1：1。

本發明的有益效果及特點：

（1）POSS單體是具有納米尺寸的水合物，可作為納米分子偶聯劑使用，與纖維表面具有較強的結合能力，同時POSS單體具有較高的熱穩定性，可提高上漿劑的熱分解溫度。

（2）將氧化石墨烯的溶液與碳納米管混合后，碳納米管的側壁與氧化石墨烯的片層間會產生強烈的π-π相互作用，由于石墨烯片層具有大量的親水性的功能基團，會增大氧化石墨烯-碳納米管復合物在水中的分散效果。

（3）該上漿劑使用過程中可不必去除原商用上漿劑，采用水浸法即可實現纖維的上漿，同時上漿后的纖維增強材料須經在真空環境下200度2-8小時，將氧化石墨烯還原為石墨烯。

（4）由于碳納米管、氧化石墨烯會在纖維表面形成完好的三維網絡結構，可大大提高其導電能力，在與基體樹脂中加入碳納米管相比，其導電率可從10-4S/m上升到10-1S/m，可用于復合材料的結構健康監測。

具體實施方式

實施例1

a、由Hummers法制備氧化石墨，取氧化石墨加入等離子水，超聲分散20min，形成顏色均勻的咖啡色氧化石墨烯溶液，高速離心后取上層清液；

b、氧化石墨烯-碳納米管水溶液配制：向氧化石墨烯水溶液中加入碳納米管，磁力攪拌30min，超聲分散10min，離心后取上層清液。其中碳納米管為單壁碳納米管、多壁碳納米管或功能化碳納米管，氧化石墨烯：碳納米管重量比為1：1，碳納米管的濃度為0.01wt%，氧化石墨烯濃度為0.01wt%；

c、POSS單體水溶液配制：將可溶于水的納米POSS單體溶于去等離子水溶液內，超聲處理得到分布均勻的POSS水溶液，POSS單體的濃度為0.01%，納米POSS單體的尺寸為1-30nm；