[发明专利]碳纤维/碳纳米管/环氧树脂多维混杂复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种碳纤维/碳纳米管/环氧树脂多维混杂 复合材料的制备方法。

背景技术

环氧树脂是一种热固性低聚物，性能很差。除了用作聚氯乙烯的稳定剂之外，没有直 接使用价值。但是当它与固化剂进行固化反应形成三维交联网络结构之后，则呈现出一系 列优异的性能。所以，固化剂与环氧树脂的化学反应性能是环氧树脂应用的基础、核心。 环氧树脂在固化过程中的行为及固化物的性能在很大程度上取决于固化剂的性能以及它 与树脂之间地互相影响及合理配合，而这些又取决于固化剂的分子结构。因此，研究环氧 树脂地应用在某种程度上就是研究环氧树脂的固化问题。

碳纳米管(CNTs)自被发现以来，就以其优异的力学性能、电学性能、热学性能和化学 性能等，迅速成为各科学领域研究的热点。虽然碳纳米管在制备质轻、高强度复合材料中 有潜在的应用前景，但要将其真正变成现实，还有许多问题需要解决。碳纳米管的表面能 较高，容易发生团聚，使它在聚合物中难以实现均匀分散。碳纳米管要作为增强材料必须 要与聚合物骨架紧密结合，这样才能使应力有效地转移到碳纳米管上。如何均匀分散碳纳 米管并增强碳纳米管与基体材料界面间的结合作用，是提高复合材料各项性能的关键。碳 纤维复合材料的优异性能已在各行业中获得广泛应用。可以利用利用碳纤维和碳纳米管各 自优异的力学性能改性环氧树脂，制备碳纤维/碳纳米管/环氧树脂多维混杂复合材料， 可以预见碳纤维/碳纳米管/环氧树脂混杂复合材料的前景将是非常广阔的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分散性好、界面粘结牢固的碳纤维/碳纳米管/环氧树脂 多维混杂复合材料的制备方法。

本发明提出的碳纤维/碳纳米管/环氧树脂多维多维混杂复合材料的制备方法，是将 碳纳米管表面纯化，对纯化的碳纳米管表面进行羧基化、酰氯化后，引入具有特征结构的 二元胺或多元胺，得到表面具有活性氨基的接枝型碳纳米管，再将接有此氨基的碳纳米管 用小分子芳香族多元酸酐化合物修饰，制备携带酸酐基团的碳纳米管。超声波振荡和高速 搅拌，使碳纳米管分散于环氧树脂基体中，采用有机酸酐类固化剂固化，以得到含有碳纳 米管的环氧树脂聚合物作为基体和碳纤维按一定方式复合，最后形成以共价键相连的多维 混杂复合材料结构，则碳纤维和碳纳米管表面将缠绕有大量的聚合物。其具体步骤如下：

(1)称取1～1×10²g干燥的碳纳米管和10g～1×10³g有机酸混合，在1～120kHz超声 波或10r/min～10⁶r/min的离心速度搅拌下处理1～80小时，然后加热至20～180℃，反应 1～48小时，以微滤膜抽滤，反复洗涤至中性，在25～150℃温度下真空干燥1～48小时， 得到纯化的碳纳米管；

(2)将1～1×10²g干燥的碳纤维、步骤(1)中得到纯化碳纳米管1～1×10²g分别和强氧 化性酸1～1×10⁴mL混合，在1～120kHz超声波下处理1～80小时，然后加热到25～120℃， 搅拌并回流反应1～80小时，超微孔滤膜抽滤，反复洗涤至溶液呈中性，在25～200℃温 度下真空干燥1～48小时，分别得到酸化的碳纤维和碳纳米管；

(3)将步骤(2)所得酸化的碳纤维和碳纳米管1～1×10²g分别和酰化试剂1～1×10⁴mL， 以1～120kHz超声波处理0.1～10小时后，加热到25～220℃，搅拌并回流反应0.5～100小 时，抽滤并反复洗涤除去酰化试剂，分别得到酰基化的碳纤维和碳纳米管；

(4)将步骤(3)所得酰化碳纤维和碳纳米管1～1×10²g分别和二元胺或多元胺10～ 1×10⁴g，以1～100kHz超声波处理1～100小时，然后在25～200℃温度下反应0.5～100小 时，抽滤并反复洗涤，在25～200℃温度下真空干燥1～48小时，分别得到表面带有活性氨 基的接枝型碳纤维和碳纳米管；