[发明专利]一种氨化改性碳纳米管/聚酰亚胺复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型复合材料的制备方法，具体涉及一种氨化改性碳纳米管/聚酰亚胺复合材料的制备方法，采用经过氨化改性处理的碳纳米管填充改性聚酰亚胺复合材料，以提高复合材料的兼容性，进而提高复合材料的力学性能和耐磨损性能。

背景技术

随着科学技术的发展，特别是航空和航天工业的发展，要求使用比以往密度更小、刚度和强度更大以及耐磨性能更加优越的复合材料，满足极端条件下的使用要求。例如，要求制作在高温、高速、高真空及辐照环境中工作的摩擦零部件，一般工程高聚物很难胜任。要获得这样的材料，可将具有高弹性模量、高强度的增强材料与具有高耐磨性能的聚合物基体材料结合在一起。

聚酰亚胺(PI)具有突出的热稳定性、良好的抗冲击、抗辐射和耐溶剂性能，在高温、高低压和高速等极端环境下具有优异的摩擦磨损性能，是一类很有潜力应用于摩擦学领域的基体材料。但是，纯PI因较低的抗拉、抗压强度，不适宜单独作为摩擦材料使用，需要加入增强纤维后可得到力学性能和摩擦学性能优异的PI复合材料。

碳纳米管(CNT)是1991年才发现的直径为几纳米到几十纳米，长度为微米级的一维纳米材料，，这种特殊的结构赋予了它独特的电学、力学、化学和物理学特性.因此，碳纳米管在电子、材料、生物、医学、航天等领域引起了广泛的关注，由于碳纳米管表面的碳原子采用SP2或SP3杂化与周围三个碳原子完全键合而成的六边形环状结构，结构稳定、反应活性很低，碳纳米管径向的纳米级尺寸和高的表面能导致其容易团聚，分散性较差，降低了碳纳米管的有效长径比。此外，碳纳米管表面特征与石墨相似，在绝大部分溶剂中不溶，湿润性能差，限制了其进一步应用。为了提高碳纳米管的分散性并增加其与基底界面的结合力，必须通过对碳纳米管进行表面改性。目前，表面修饰主要首先通过强酸在CNT表面引入羧基，然后通过酰氯化反应增加反应活性，再通过酯化反应或酰胺化反应引入其它官能团。这种方法工艺复杂，要求无水溶剂，条件苛刻，反应过程难于控制。

发明内容

本发明公开了一种氨化改性碳纳米管/聚酰亚胺复合材料的制备方法，其目的在于针对碳纳米管与聚酰亚胺基体之间兼容性差的问题，提供一种氨化改性碳纳米管/聚酰亚胺复合材料的制备方法，制备出具有更加优异摩擦学性能和力学性能的复合材料，可以适用于高要求的实际工况。

一种氨化改性碳纳米管/聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于：

A)先将碳纳米管经过质量分数为2％的多乙烯多胺水溶液槽，然后通过600℃的热空气反应炉进行反应，再经蒸馏水槽水洗后干燥；

B)将A)中反映后的碳纳米管与聚酰亚胺粉料混合，放入不锈钢模具中压制成型，经过高温烧结制成碳纳米管/聚酰亚胺复合材料；

C)所述混合粉料中碳纳米管的重量百分比为混合粉料的5～10％；

D)所述多乙烯多胺溶液分子式为H₂NC₂H₄(NHC₂H₄)nNH₂。

所述的压制成型工艺步骤如下：

E)先将炉温升至110℃，保持60分钟，对预成型坯料进行预塑，压力控制在10-15MPa；

F)再以60℃/小时的速度升温至190℃-220℃，保温1小时，使模压料成型；

G)最后随炉降温降到80℃后将压力去掉，将模压成型后的复合材料连同模具一起取出，冷却至室温，获得氨化改性碳纳米管/聚酰亚胺复合材料。

本发明通过一种简单的方法，就可以对CNT表面的羧基进行胺基化，并且每个羧基可以生成两个胺基，增加了CNT表面胺基的密度，有效提高了复合材料的界面结合性能和摩擦系数，氨化改性处理对于复合材料拉伸性能也有明显的提高。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述，但本实施例不能用于限制本发明，凡采用本发明方法及其相似变化的，均应列入本发明的保护范围。

实施例1：

复合材料的组分重量百分比为：碳纳米管：5％，聚酰亚胺：95％。

复合材料制备过程如下：