[發明專利]一種界面粘結牢固的碳纖維/碳納米管復合材料及其制備工藝

無效

• 申請號: 201310544471.4
• 申請日: 2013-11-05
• 公開（公告）號: CN103626997A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 邱軍;李仁府;徐祝方;商苗苗;商林方
• 申請（專利權）人: 丹陽丹金航空材料科技有限公司
• 主分類號: C08G73/10
• 分類號: C08G73/10;C09C1/44;C09C3/08;C09C3/06;C09C3/04;C08J5/06
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技術領域

本發明屬于納米材料技術領域，具體涉及一種界面粘結牢固的碳纖維／碳納米管復合材料及其制備工藝。?

背景技術

復合材料是新材料領域的重要組成部分，與傳統材料相比，復合材料具有可設計性強，比強度、比模量高，抗疲勞斷裂性能好，結構功能一體化等一系列優越性能。復合材料作為難以替代的功能材料和結構材料，是發展現代工業、國防和科學技術不可缺少的基礎材料，也是新技術革命賴以發展的重要物質基礎，已成為新材料領域的重要主導材料。?

先進復合材料基體樹脂從環氧樹脂、熱塑性樹脂、異氰酸酯樹脂(CE)至雙馬來酰亞胺樹脂(BMI)、聚酰亞胺樹脂(PI)的發展過程。?

雙馬來酰亞胺(BMI)是以馬來酰亞胺(MI)為活性端基的雙官能團化合物。雙馬來酰亞胺(BMI)樹脂比環氧樹脂具有更好的熱穩定性、尺寸穩定性和高濕熱環境下的抗疲勞性能，具有良好的分子結構設計，同時耐輻射、耐低溫且成型工藝性能、阻燃性、電絕緣性也比較好，固化條件與環氧樹脂體系相似，成型時不易產生氣孔。作為復合材料基體樹脂，近年來，受到廣泛的重視，被廣泛應用于航空航天、機械電子、印刷電路板等高科技領域。但是，固化交聯后的雙馬來酰亞胺固化溫度高，且固化物交聯密度較高，韌性不足，脆性較大，限制了其應用范圍。因此，在實際應用中需對其進行改性。?

碳納米管(CNTs)自1991年被日本科學家發現以來，以其特有的力學性能、電學性能、熱學性能和化學性能引起了世界各國化學、物理、材料學界人士的極大關注，在科學基礎研究及應用研究中倍受青睞。雖然碳納米管在制備質輕、高強度復合材料中具有潛在的應用前景，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均勻分散。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。碳纖維／雙馬來酰亞胺(BMI)復合材料的工作溫度可比碳纖維／環氧復合材料提高五十攝氏度以上，這對航空航天工業用的復合材料十分重要。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雙馬來酰亞胺樹脂，制備碳纖維／碳納米管／雙馬來酰亞胺樹脂多維混雜復合材料，可以預見碳纖維／碳納米管／雙馬來酰亞胺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／雙馬來酰亞胺樹脂混雜復合材料的制備方法。?

本發明提出的碳纖維／碳納米管／雙馬來酰亞胺樹脂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，得到表面具有活性氨基的接枝型碳納米管，再在表面具有定量活性氨基的接枝型碳納米管上與雙馬來酰亞胺樹脂進行Michael加成反應生成含碳纖維和碳納米管的線性嵌段聚合物的混雜復合材料，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1g～1×10²g干燥的碳納米管和10g～1×10³g有機酸混合，在10～150kHz超聲波或10r／min～10⁶r／min的轉速下處理1～100小時，然后加熱至10～200℃，反應1～60小時，以微濾膜抽濾，反復洗滌至中性，在20～180℃溫度下真空干燥1～60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1g～1×10²g分別和強氧化性酸1～1×10⁴mL混合，在1～150kHz超聲波下處理1～100小時，然后加熱到15～150℃，攪拌并回流反應1～100小時，超微孔濾膜抽濾，反復洗滌至溶液呈中性，在15～250℃溫度下真空干燥1～60小時，分別得到酸化的碳纖維和碳納米管；?

(3)加入步驟(2)所得酸化的碳纖維和碳納米管1g～1×10²g分別和酰化試劑1～1×10⁴mL，以1～150kHz超聲波處理0.5～15小時后，加熱到15～250℃，攪拌并回流反應1～100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；?