[發(fā)明專利]一種有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化三層核殼粒子改性碳纖維的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110629002.7
• 申請(qǐng)日: 2021-06-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113338028A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 武清;白換換;趙如意;朱建鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 陜西科技大學(xué)
• 主分類號(hào): D06M11/46
• 分類號(hào): D06M11/46;D06M11/74;D06M13/44;D06M13/325;D06M11/64;C08L63/00;C08K9/02;C08K9/04;C08K7/06;C08J5/06;D06M101/40
• 代理公司: 西安眾和至成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61249
• 代理人: 張震國(guó)

本發(fā)明公開(kāi)了一種有機(jī)?無(wú)機(jī)雜化三層核殼粒子改性碳纖維的制備方法。制備方法包括：先將八水氧氯化鋯在乙醇水溶液中水熱反應(yīng)一定時(shí)間，反應(yīng)完成后進(jìn)行硅烷偶聯(lián)劑改性得到二氧化鋯硬核；后依次分別將氧化石墨烯和六氯三聚磷腈?三乙基胺接枝在二氧化鋯硬核表面得到二氧化鋯@氧化石墨烯@六氯三聚磷腈?三乙基胺雜化三層核殼粒子；再將碳纖維分別用丙酮和濃硝酸進(jìn)行去劑和氧化處理，將二氧化鋯@氧化石墨烯@六氯三聚磷腈?三乙基胺核殼粒子接枝到碳纖維表面得到核殼粒子改性碳纖維。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了核殼粒子改性碳纖維提高復(fù)合材料界面粘結(jié)強(qiáng)度的目的，改性后的碳纖維復(fù)合材料界面粘結(jié)強(qiáng)度提高了55.7％～86.5％。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料的表面與界面改性應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化三層核殼粒子改性碳纖維的制備方法。

背景技術(shù)

復(fù)合材料的力學(xué)性能與碳纖維和樹(shù)脂基體的界面粘結(jié)強(qiáng)度密切相關(guān)，良好的界面結(jié)合可以有效地傳遞載荷，從而提高復(fù)合材料的綜合性能。由于碳纖維生產(chǎn)工藝的影響，碳纖維原絲表面的活性碳原子和官能團(tuán)的種類及數(shù)量匱乏，呈現(xiàn)表面化學(xué)惰性，導(dǎo)致碳纖維與樹(shù)脂基體間浸潤(rùn)性差，界面結(jié)合弱。因此，研究對(duì)碳纖維表面進(jìn)行化學(xué)或物理修飾對(duì)于改善碳纖維復(fù)合材料性能具有重大意義。

核殼結(jié)構(gòu)是由一種納米材料通過(guò)化學(xué)鍵或其他作用力將另一種納米材料包覆起來(lái)形成的納米尺度的有序組裝結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)整合了內(nèi)外兩種或多種材料的性質(zhì)，既可以起到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)和防止納米材料團(tuán)聚的作用，又可以通過(guò)尺寸剪裁及表面材料化學(xué)組成的設(shè)計(jì)和調(diào)控優(yōu)化其與碳纖維和樹(shù)脂間的相互作用，進(jìn)而提高復(fù)合材料界面的結(jié)合性能。然而，目前采用核殼粒子改性碳纖維以提高復(fù)合材料的界面性能的報(bào)道并不多見(jiàn)，有待深入開(kāi)發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種能夠有效提高復(fù)合材料的界面粘結(jié)強(qiáng)度的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化三層核殼粒子改性碳纖維的制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

1)二氧化鋯硬核的制備

以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，將1～10份八水氧氯化鋯、1～10份無(wú)水乙醇和5～70份水混合并攪拌至澄清，轉(zhuǎn)移至水熱釜中，在100～150℃保溫反應(yīng)12～24h，反應(yīng)完成后離心并在50～80℃下干燥；將干燥后的產(chǎn)物加入到硅烷偶聯(lián)劑、無(wú)水乙醇和水的混合溶液中，干燥后的產(chǎn)物、硅烷偶聯(lián)劑、無(wú)水乙醇和水的質(zhì)量比為1:10～20:10～30:1-5，在60～80℃反應(yīng)1～5h，后經(jīng)過(guò)離心、乙醇和去離子水清洗后，以60～100℃烘干得到二氧化鋯硬核；

2)二氧化鋯@氧化石墨烯的制備

按0.01:10～20的質(zhì)量比將二氧化鋯硬核和無(wú)水乙醇混合均勻后加入到質(zhì)量比為0.01:30～50的氧化石墨烯和無(wú)水乙醇分散液中，在0～10℃攪拌4～8h后靜置，收集沉淀物，并用去離子水清洗干凈后冷凍干燥得到由二氧化鋯硬核和氧化石墨烯內(nèi)殼層組成的二氧化鋯@氧化石墨烯；

3)二氧化鋯@氧化石墨烯@六氯三聚磷腈-三乙基胺的制備

以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，將0.1～0.5份二氧化鋯@氧化石墨烯、40～200份四氫呋喃、0.5～2.5份六氯三聚磷腈混合均勻并通氮?dú)獗Ｗo(hù)在40～60℃反應(yīng)15min，后加入0.5～2.5份三乙基胺，繼續(xù)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下40～60℃反應(yīng)5～10h，反應(yīng)結(jié)束后將產(chǎn)物分別用四氫呋喃和氯仿清洗干凈后在40～60℃干燥；

以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，將0.1～0.5份干燥后的產(chǎn)物加入到由0.2～1.5份六氯三聚磷腈、1～2份二氨基二苯醚和40～200份四氫呋喃的混合溶液中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下40～60℃反應(yīng)15min，后加入0.5～2.5份三乙基胺，繼續(xù)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下40～60℃反應(yīng)5～10h，反應(yīng)結(jié)束后將產(chǎn)物分別用去離子水和二甲基甲酰胺清洗干凈并在40～60℃干燥，得到由二氧化鋯硬核、氧化石墨烯內(nèi)殼層和六氯三聚磷腈-三乙基胺外殼層三部分組成的二氧化鋯@氧化石墨烯@六氯三聚磷腈-三乙基胺；

4)碳纖維表面預(yù)處理