[發明專利]一種納米TiO2

在審

• 申請號: 202010530791.4
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111548604A
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 吳全亮;洪珍;馬博雄;郭禮儀;何軍旺
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08K9/06;C08K3/22;C08K7/06;C08J5/24
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所 36122
• 代理人: 張文杰

本發明涉及一種納米TiO₂改性碳纖維/環氧樹脂復合材料的方法，采用二乙烯三胺作為固化劑，將KH?550硅烷偶聯劑活化處理的納米TiO₂為填料，通過手糊成型制備一種納米TiO₂改性碳纖維/環氧樹脂復合材料，其中KH?550硅烷偶聯劑的用量為納米TiO₂質量的5%以內，活性納米TiO₂用量為環氧樹脂質量分數的6%以內，二乙烯三胺的用量為環氧樹脂質量分數的10%，每層刮涂的環氧樹脂膠的用量為碳纖維布質量的50±5%。本發明方法制備工藝簡單，生產成本低，成型可操作性好，復合材料的抗疲勞性能優異。

技術領域

本發明涉及一種納米TiO₂改性碳纖維/環氧樹脂復合材料的方法，具體屬于碳纖維增強環氧樹脂復合材料技術領域。

技術背景

碳纖維增強環氧樹脂復合材料具有比強度高、比剛度大、結構可設計等許多優點，廣泛應用于航空航天、交通、體育設施等領域，該材料用以代替鋼材等傳統結構材料已成為一種發展趨勢。然而碳纖維增強環氧樹脂復合材料的安全性成為其首要考慮因素之一。在使用過程中，碳纖維增強環氧樹脂復合材料往往會由于長期載荷或自然環境而產生損傷以至破壞情況，其中疲勞損傷為其主要破壞形式之一。因此，對碳纖維增強環氧樹脂復合材料的疲勞性能進行研究顯得極為重要。

近年來，向環氧樹脂基體中加入各種填充物進行增強改性已經成為一項行之有效的措施。納米粒子尺寸界定在1～100 nm之間，納米粒子具有極高的比表面積，而且表面活性非常大。環氧樹脂與納米粒子在界面上形成了遠大于范德華力的作用力，因此有較好的相容性，形成了非常理想的界面。在環氧樹脂受到作用力時可產生引發微裂紋吸收能量的作用，從而大大提高材料的力學性能，達到增韌的目的。另外，納米粒子的加入還可提高環氧樹脂的耐磨性、拉伸強度、沖擊強度、熱分解溫度等，使環氧樹脂復合材料的物理性能大大增強，尤其是疲勞性能。董元彩等將環氧樹脂用丙酮溶解，然后加入經偶聯劑表面處理的納米TiO₂，攪拌分散均勻。加入40 %環氧樹脂質量的聚酰胺，混合均勻后于100 ℃固化1 h得到環氧樹脂復合材料。張毅等先將除去表面雜質的炭纖維絲置于硝酸溶液中，經磷酸二氫銨浸泡，然后煅燒，再采用雙氧水浸泡氧化獲得活性炭纖維絲，最后將其放入添加有納米TiO₂的環氧樹脂中浸漬，得到表面負載納米TiO₂的改性活性炭纖維絲。鄧超月在制備碳纖維/環氧樹脂基摻雜欽的太赫茲吸波材料時，采用分散劑羥丙基甲基纖維素（HPMC）作為短切碳纖維在環氧樹脂中的分散劑，降低了碳纖維之間的團聚程度。采用溶膠-凝膠法制備的TiO₂、Fe-TiO₂和BaTiO₃納米顆粒改善了短切碳纖維/環氧樹脂復合材料的吸波性能。LichunMaa等通過水熱和超臨界方法獲得了碳纖維表面上二氧化鈦納米棒（TiO₂ NRs）的生長。超臨界水改善了生長效率并促進了TiO₂ NRs更緊密地進入CF表面，使得粗糙度和可濕性明顯增加，且纖維的拉伸強度沒有降低，復合材料的界面剪切強度（IFSS）和沖擊強度提高。Rusheng Yuan等通過使用環氧樹脂作為TiO₂和活性碳纖維之間的粘合劑，然后在460℃和N₂氣氛下煅燒2小時制備負載在活性碳纖維上的TiO₂，以實現表面積和孔結構的控制，達到造紙廢水中COD的有效光降解。上述報道生產的成本較高，工業化生產有一定難度。基于此，本發明在對納米TiO₂進行活化處理，提高了其在環氧樹脂中的分散性和相容性，改善了與環氧樹脂的界面性能，并且利用簡單、低成本的澆注成型和手糊成型方法，來制備具有高力學性能的納米TiO₂改性碳纖維/環氧樹脂復合材料。

發明內容

針對現有碳纖維/環氧樹脂復合材料的不足，本發明提供一種納米TiO₂改性碳纖維/環氧樹脂復合材料的方法。