[發明專利]改性碳纖維、改性碳纖維增強環氧樹脂復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202010579327.4
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111719311B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 楊沖沖;朱丹丹;孔思予;王新瑞;肖偉;鄭震;王新靈
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: D06M13/335
• 分類號: D06M13/335;D06M15/61;D06M14/36;C08J5/06;C08L63/00;C08K9/04;C08K7/06;D06M101/40
• 代理公司: 上海智晟知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31313
• 代理人: 林高鋒

1.一種制備改性碳纖維的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

S1：將碳纖維在第一混合溶液中于室溫下浸泡18-30小時，干燥后得到胺基功能化的碳纖維，其中所述第一混合溶液通過混合緩沖溶液、多巴胺和聚乙烯亞胺得到；

S2：將所述胺基功能化的碳纖維預先在第二混合溶液中浸泡，然后向第二混合溶液中滴加含酰氯基團的雙烯體的無水溶液，在30~60℃的溫度下持續反應6~12小時，干燥后得到接枝雙烯體的碳纖維，其中所述第二混合溶液通過混合無水溶劑、縛酸劑和催化劑得到；

S3：使所述接枝雙烯體的碳纖維與含有兩個雙鍵的親雙烯體在良溶劑中的溶液在50~70℃的溫度下攪拌反應4-8小時，得到接枝親雙烯體的改性碳纖維；

其中，所述含酰氯基團的雙烯體為呋喃酰氯或含有丁二烯結構的酰氯中的一種或幾種的混合物；

其中，所述含有兩個雙鍵的親雙烯體為雙馬來酰亞胺類化合物或不飽和雙鍵化合物中的一種或幾種的混合物，所述雙馬來酰亞胺類化合物為1, 2-二雙馬來酰亞胺基乙烷、1,4-二雙馬來酰亞胺基丁烷、1, 6-二雙馬來酰亞胺基己烷、或N, N’-(4, 4-亞甲基二苯基)雙馬來酰亞胺；所述不飽和雙鍵化合物為1, 4-戊二烯或1, 5-己二烯。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟S1中，所述緩沖溶液的pH值為7.5~9.5；

所述的緩沖溶液由三羥甲基氨基甲烷-鹽酸緩沖對、甘氨酸-氫氧化鈉緩沖對、硼砂-氫氧化鈉緩沖對或者硼酸-硼砂緩沖對配制而成；

所述的聚乙烯亞胺的數均分子量為600-10000；

所述多巴胺、聚乙烯亞胺與緩沖溶液的質量比為1：（0.25~4）：（400~600）。

3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟S1中，所述緩沖溶液的pH值為8.5。

4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟S2中，所述無水溶劑應為含酰氯基團的雙烯體的良溶劑；

所述縛酸劑為三乙胺、氫氧化鈉、碳酸鹽、磷酸鹽、醋酸鹽等中的一種或幾種；

所述催化劑為N,N’-二甲基甲酰胺或吡啶中的一種。

5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，在步驟S2中，所述無水溶劑應為無水二氯甲烷、無水二氯乙烷、無水氯仿中的一種或幾種的混合溶液；

所述碳酸鹽為碳酸氫鈉或碳酸鈉；

所述呋喃酰氯為2-呋喃甲酰氯或2-呋喃乙酰氯；所述含有丁二烯結構的酰氯為3,5-二烯酰氯或4,6-二烯酰氯；

所述無水溶劑、縛酸劑、催化劑的混合質量比例為100：（30~50）：（0.5~1）。

6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶液中含有兩個雙鍵的親雙烯體的質量分數為20%~40%。

7.一種通過如權利要求1-6中任一項所述的方法所制備的接枝親雙烯體的改性碳纖維。

8.一種制備改性碳纖維增強環氧樹脂復合材料的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

（1）將含胺基的雙烯體或含環氧基的雙烯體與環氧樹脂按照（5~30）：100的質量比混合，得到環氧樹脂混合溶液；

（2）將如權利要求7所述的接枝親雙烯體的改性碳纖維與步驟（1）中得到的環氧樹脂混合溶液，進行預固化，然后再固化，得到改性碳纖維增強環氧樹脂復合材料。

9. 如權利要求8所述的方法，其特征在于，在步驟（1）中，所述的含胺基的雙烯體為2-呋喃甲胺、2-呋喃乙胺、2-呋喃丙胺、2, 4-戊二烯-1-胺、1, 3-丁二烯-1-胺中的一種或幾種；

所述的含環氧基的雙烯體為縮水甘油糠醚、2-環氧甲基呋喃中的一種或幾種。

10.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述的預固化溫度為50-70℃，預固化時間為4-8小時。