[發明專利]一種多巴胺包覆碳納米管改性碳纖維增強樹脂基結構-阻尼復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201810973404.7
• 申請日: 2018-08-24
• 公開（公告）號: CN109181228A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 何芳;閆德道;趙乃勤;師春生;何春年;李家俊;劉恩佐;馬麗穎;沙軍威
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08L79/04;C08K9/12;C08K9/10;C08K9/04;C08K7/06;C08K3/04;C08G73/06
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

本發明涉及一種多巴胺包覆碳納米管改性碳纖維增強樹脂基結構?阻尼復合材料的制備方法，包括下列步驟：1)碳纖維表面去膠；2)催化劑前軀體溶液的制備；3)將碳纖維浸泡在催化劑前軀體溶液中0.5?1h，取出在90?120℃的條件下烘干0.5?1h；4)將烘干的碳纖維置于管式爐中，在氬氣條件下加熱到250?450℃，氫氣條件下保溫還原,氬氣條件下加熱到560?800℃，通入乙炔(20?40sccm)保溫；5)將經過化學氣相沉積碳納米管的碳纖維浸漬在多巴胺鹽酸鹽的Tris緩沖液中,多巴胺鹽酸鹽溶液的濃度為1?2mg/ml，經過24h完成聚合。

技術領域

本發明屬于復合材料領域，具體涉及一種多巴胺包覆碳納米管改性碳纖維的方法及其增強的環氧樹脂基復合材料阻尼性能的研究。

背景技術

碳纖維增強環氧樹脂基復合材料擁有高的比強度、比模量，并且憑借其質輕、優異的力學性能和耐化學化學腐蝕性等優異的性能，被廣泛的應用在航空航天、高速鐵路、軍工、建筑及體育器材等領域。另外由于碳纖維復合材料質輕的特征在降低能耗、節能減排的背景下表現出更加良好的應用前景。但是隨著現代機械系統例如飛機和高速鐵路等向著高速化與自動化的方向發展，使得碳纖維復合材料在機械系統中更容易引起振動。高頻的振動降低了機械系統運行的穩定性和安全性，并且加速了碳纖維復合材料的疲勞損壞縮短了復合材料的服役周期。因此，通過有效的方法提高碳纖維復合材料的阻尼性能降低振動成為當下的研究熱點。

大量文獻表明，提高碳纖維復合材料阻尼性能的方法有：將粘彈性聚合物鑲嵌在碳纖維復合材料的結構中、將粘彈性聚合物與碳纖維共固化制備復合材料和利用碳納米管改性碳纖維復合材料三個方面。在上述提到的三種方法中，由于利用碳納米管可以顯著的提高碳纖維復合材阻尼性能降低振動，并且同時能夠保持復合材料的結構的穩定性。因此，利用碳納米管提高碳纖維復合材料的阻尼性能是目前研究的主要方向。

碳納米管作為一種納米增強體，具有高的強度、彈性和比表面積等優異的力學性能。碳納米管添加到碳纖維復合材料中，在周期性載荷的作用下，碳納米管在復合材料中會發生滑移變形，通過滑動摩擦耗散大量的振動能顯著的提高材料阻尼性能。但是，碳納米管的較高的比表面積以及較低的表面化學活性使得其在復合材料的集體中的分散性較差，因此容易引起碳納米管團聚從而不能很好的發揮碳納米管耗散振動能的作用。利用表面改性劑對碳納米管表面進行表面改性可以提高碳納米管表面的化學活性，從而改善碳納米管在復合材料中的分散性充分發揮碳納米管對振動能的耗散的作用，進一步提高碳纖維復合材料的阻尼性能。

發明內容

為了解決碳納米管在樹脂基體中團聚的問題，本發明的目的是提供一種Fe(NO₃)₃溶液處理碳纖維，經過氫氣還原后利用氣體碳源在碳纖維表面原位合成碳納米管，并經過聚多巴胺的表面處理，利用這種方法顯著的提高了碳纖維復合材料的阻尼性能。

本發明的技術方案如下：

一種多巴胺包覆碳納米管改性碳纖維增強樹脂基結構-阻尼復合材料的制備方法，包括下列步驟：

1)碳纖維表面去膠:將碳纖維浸泡在丙酮溶液中8-12h，將纖維取出后超聲處理0.5-1h，用去離子水清洗干凈90-120℃烘干4-8h。

2)催化劑前軀體溶液的制備：以Fe(NO₃)₃為納米金屬催化劑的前軀體，將Fe(NO₃)₃溶解在無水乙醇中，攪拌0.5-1h形成0.005-0.05mol/L的溶液；

3)將碳纖維浸泡在催化劑前軀體溶液中0.5-1h，取出在90-120℃的條件下烘干0.5-1h；

4)將烘干的碳纖維置于管式爐中，在氬氣240-400sccm條件下加熱到250-450℃，氫氣150-200sccm條件下保溫還原2-4h,氬氣250-400sccm條件下加熱到560-800℃，通入乙炔(20-40sccm)保溫0.5-1h；