[發明專利]碳納米管增強碳纖維熱塑性樹脂基復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201810762286.5
• 申請日: 2018-07-12
• 公開（公告）號: CN109265817A
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 胡淼;陳梓山;馮浩宇;陳雨;張展
• 申請（專利權）人: 凌云工業股份有限公司上海凌云汽車研發分公司
• 主分類號: C08L23/12
• 分類號: C08L23/12;C08L77/00;C08L55/02;C08K9/02;C08K7/00;C08K7/06;C08J5/00
• 代理公司: 上海領洋專利代理事務所(普通合伙) 31292
• 代理人: 羅曉鵬

本發明提供了一種碳納米管增強碳纖維熱塑性樹脂基復合材料的制備方法，包括配置碳納米管電泳懸浮液；于碳纖維表面生長碳納米管；將制備好的所述碳納米管電泳懸浮液置于電解槽中，使用不銹鋼板作為陽極，剪裁好的碳纖維布作為陰極，進行碳纖維表面的碳納米管電泳沉積；將電泳沉積后所得到的碳纖維布置于烘箱內干燥80?120min；將熱塑性樹脂與干燥后的碳纖維布加熱置于模具內熱壓成型。本發明在碳纖維表面生長碳納米管，有效實現了碳納米管的均勻分散，通過碳納米管的引入顯著增加了纖維與樹脂的相互作用面積，提高了纖維與樹脂的界面結合強度。

技術領域

本發明涉及新材料領域，具體涉及一種碳納米管增強碳纖維熱塑性樹脂基復合材料的制備方法。

背景技術

碳纖維具有高強度、高模量、耐疲勞、抗蠕變等一系列優異性能，是理想的復合材料增強相。碳纖維增強熱塑性樹脂復合材料則綜合了碳纖維和工程塑料的各自優點，如優良的力學性能，簡單的成型工藝和可回收加工等等。但是復合材料的界面結合強度依然不是十分理想，從而削弱了碳纖維熱塑性樹脂復合材料的綜合力學性能以及限制了這類材料的在某些領域的應用。

碳納米管優異的力學性能和“納米管徑、微米管長”的尺寸特征使其成為復合材料領域的理想增強相。文獻“Carbon nanotube reinforced composites:Potential andchallenges[J],Materials and Design,2007,28 2394-2401”指出，將碳納米管彌散于增強纖維之間，即構建”碳納米管-纖維多尺度預制體“，可以在不損傷纖維預制體疊層內部結構的前提下有效補強基體，實現對復合材料基體的多尺度強化，大幅提升復合材料的綜合力學性能。然而碳納米管的分散均勻性與界面結合問題依然是提高復合材料相關性能的關鍵因素。

為此，本發明應運而生。

發明內容

鑒于上述情況，本發明提供了一種碳納米管增強碳纖維熱塑性樹脂復合材料的制備方法。在碳纖維表面生長碳納米管，有效實現了碳納米管的均勻分散。通過碳納米管的引入顯著增加了纖維與樹脂的相互作用面積，提高了纖維與樹脂的界面結合強度。

為實現上述目的，本發明提供了一種碳納米管增強碳纖維熱塑性樹脂基復合材料的制備方法，包括：

配置碳納米管電泳懸浮液；將碳納米管分散于異丙醇分散液中，配置成1.5-1.7g/L濃度的碳納米管異丙醇分散液；隨后在所述分散液中加入重量分數0.3-0.8％的硝酸鋁，將溶液用超聲波振蕩分散150-180min后得到碳納米管電泳懸浮液；

于碳纖維表面生長碳納米管；將制備好的所述碳納米管電泳懸浮液置于電解槽中，使用不銹鋼板作為陽極，剪裁好的碳纖維布作為陰極，進行碳纖維表面的碳納米管電泳沉積；

將電泳沉積后所得到的碳纖維布置于烘箱內干燥80-120min；

將熱塑性樹脂與干燥后的碳纖維布加熱至170-240℃后(溫度太低的情況下熱塑性樹脂流動性差難以成型，溫度太高則容易出現熱塑性樹脂熱氧化和碳纖維的氧化導致材料力學性能惡化)，置于模具內熱壓成型，制備得到碳納米管增強碳纖維熱塑性復合材料。

本發明的有益效果為：

本發明在碳纖維表面生長碳納米管，有效實現了碳納米管的均勻分散，通過碳納米管的引入顯著增加了纖維與樹脂的相互作用面積，提高了纖維與樹脂的界面結合強度。

進一步的，所述碳纖維布為單向碳纖維布、雙向碳纖維布、3D編織碳纖維布中的任意一種。

進一步的，所述的熱塑性樹脂為聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚甲醛、聚碳醚中的任意一種。

進一步的，陽極與陰極正對且相互平行，陽極與陰極之間的距離調整至為15-30mm，設置電泳電壓為40-60V，電泳時間80-100s。

附圖說明