[發明專利]一種一維納米材料/高分子胺類首尾交替排列改性碳纖維的制備方法

在審

• 申請號: 202110810171.0
• 申請日: 2021-07-18
• 公開（公告）號: CN113463395A
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 武清;白換換;葉紫怡;朱建鋒
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: D06M15/53
• 分類號: D06M15/53;D06M15/61;D06M15/37;D06M15/05;D06M11/44;D06M11/46;D06M15/59;D06M11/79;D06M11/64;D06M11/74;D06M23/00;C08J5/06;C08K9/04;C08K9/02
• 代理公司: 西安眾和至成知識產權代理事務所(普通合伙) 61249
• 代理人: 張震國

一種一維納米材料/高分子胺類首尾交替排列改性碳纖維的制備方法。該方法包括：對碳纖維進行去劑和硝酸氧化處理，然后配制一維納米材料分散液和高分子胺類分散液，將碳纖維絲束均勻鋪放在濾膜上，并在垂直于碳纖維軸向的方向放置具有等間隙等間隔的模具，采用真空抽濾法將一維納米材料和高分子胺類分散液沉積在碳纖維絲束表面，后將碳纖維絲束翻轉180°，同樣采用真空抽濾法將一維納米材料和高分子胺類分散液沉積在碳纖維絲束的另一面，得到種一維納米材料/高分子胺類首尾交替排列改性的碳纖維。本發明的制備方法首次在碳纖維圓周表面構筑一維納米材料和高分子胺類首尾交替排列的間隔結構，使復合材料界面粘結強度提高43.3％～110.5％。

技術領域

本發明屬于材料的表面與界面改性應用技術領域，具體涉及一種一維納米材料/高分子胺類首尾交替排列改性碳纖維的制備方法。

背景技術

近些年，我國不斷推崇節能減排政策，因此輕質高強的復合材料具有不可估量的發展潛力，是未來材料發展的重要方向。目前，碳纖維增強樹脂基復合材料因其輕質、強度高、模量高、耐疲勞好、抗蠕變等優越性能，且其帶來的節能減排長遠效益是其他材料無法替代的，成為研究的熱點，在空航天、交通運輸、橋梁建筑、高壓容器等領域有巨大的應用市場。碳纖維復合材料的力學性能與碳纖維和樹脂基體的界面粘結強度緊密相關，但碳纖維表面的惰性、非極性、與樹脂粘合度差等問題限制了其性能的發揮。

為增加碳纖維的表面能使其與基體樹脂間更好的結合，國內外研究學者對于碳纖維表面修飾的研究非常多，但目前的方法存在效率低、反應條件苛刻、有機試劑污染、高成本等問題，與國家綠色節能減排的政策相矛盾。因此，尋找一種簡便、綠色環保、高效、低成本的碳纖維表面改性方法以提高碳纖維樹脂基復合材料的界面性能十分重要。

一維納米材料，如碳納米管、納米纖維素、二氧化鋅納米線等具有優異的力學、熱學和電學性能，被廣泛用作增強體來修飾碳纖維以提高纖維與樹脂的界面粘結強度，但納米材料表面缺少活性官能團和易團聚的問題又限制了復合材料界面性能的提升。高分子胺類由于其分子結構中含有氨基官能團，可以與環氧樹脂產生共價鍵連接以促進應力傳遞，彌補納米材料表面確實活性官能團的弊端。因此，將一維納米材料和高分子胺類相結合以提高復合材料界面粘結強度是一種可行的解決策略。

發明內容

本發明旨在提供一種一維納米材料/高分子胺類首尾交替排列改性碳纖維的制備方法，該方法可在碳纖維表面首尾交替排列一維納米材料和高分子胺類，產生強弱搭配的化學和物理相互作用，使復合材料界面粘結強度提高。此外，該方法具有簡便、綠色環保、高效和低成本的優點。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

1)將碳纖維絲束在丙酮溶液中冷凝回流，然后用去離子水清洗干凈并真空干燥；

2)將步驟1)處理得到的碳纖維絲束在濃酸中處理后用去離子水清洗干凈并在真空干燥；

3)將一維納米材料分散在水或有機溶劑中，磁力攪拌使其分散均勻，得到質量分數為0.01％～5％的一維納米材料分散液；

4)將高分子胺類分散在有機溶劑中，磁力攪拌使其分散均勻，得到質量分數為0.1％～5％的高分子胺類分散液；

5)將步驟2)處理得到的碳纖維絲束均勻鋪放在濾膜上，沿垂直于碳纖維軸向的方向放置具有等間隙等間隔的模具，真空抽濾一維納米材料分散液，抽濾后移動模具使一維納米材料和高分子胺首尾相接排列，然后再抽濾高分子胺類分散液；將抽濾過的碳纖維絲束翻轉180°，沿垂直于碳纖維軸向的方向放置具有等間隙等間隔的模具，真空抽濾一維納米材料分散液，抽濾后移動模具使一維納米材料和高分子胺首尾相接排列，然后再抽濾高分子胺類分散液，干燥后得到一維納米材料/高分子胺類首尾交替排列改性的碳纖維；