[发明专利]功能化玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米技术领域，具体涉及一种功能化玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的制备方法。

背景技术

碳纳米管(CNTs)具有超高的强度、极大的韧性、独特的导电、导热等优异性能，用作增强剂可极大地改善复合材料的力学性能。实验测得单根碳纳米管的杨氏模量和拉伸强度达1TPa和150GPa，比杨氏模量和比强度分别是钢的20倍和1000多倍。并且碳纳米管具有超高得韧性(理论最大延伸率可达20%)和长径比，是制备高性能复合材料理想增强体。既可作为高性能复合材料的增强剂(增强橡胶、塑料、陶瓷、金属等)，又可作为高附加值的功能性材料(催化剂载体、电子元件、电磁屏蔽材料、储能材料、吸附材料等)，被认为是极有发展前途的高性能、高附加值的“超级纤维”。

玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，具有绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高等优点。玻璃纤维通常用作复合材料中的增强材料，电绝缘材料和绝热保温材料，电路基板等国民经济各个领域。玻璃纤维增强树脂基复合材料，是目前技术比较成熟且应用广泛的一类复合材料，具有良好的易成型性、绝缘性能好、抗腐蚀和疲劳损伤等优异性能和低廉的成本。由于玻璃纤维与树脂基体之间的模量相差很大，且二者间不易润湿，所以其复合材料界面结合较弱。为了充分发挥其承载作用，应提高玻璃纤维与树脂基体的相容性、浸润性和反应性，在纤维和基体间制备性能优异的界面层。

发明内容

本发明的目的在于提供一种功能化玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的制备方法。

本发明提出的功能化玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的制备方法是经过纯化，羧基化，酰化后，将酰化的碳纳米管与带有活性氨基的偶联剂溶液反应，得到碳纳米管表面接枝有偶联剂，再将表面接枝有偶联剂的碳纳米管与玻璃纤维反应，得到功能化玻璃纤维多尺度增强体。具体步骤如下：

(1)称取0.1～1×10g干燥的碳纳米管和10～1×10⁴mL无机酸混合，在1~120kHz超声波或10 r/min~10⁶ r/min的离心速度搅拌下处理0.1～24小时，然后加热至20～150℃，反应1～48小时，经去离子水稀释洗涤，微孔滤膜抽滤，洗涤至滤液呈中性，在温度为25～150℃下真空干燥1～48小时，得到纯化的碳纳米管；

(2)将步骤(1)中得到的纯化碳纳米管0.1～1×10g和强氧化性酸1～1×10³mL混合，在1~120kHz超声波或10 r/min~10⁶ r/min的离心速度搅拌下处理0.1～80小时，然后加热到25～120℃，搅拌并回流反应1～80小时，经去离子水稀释洗涤，超微孔滤膜抽滤，洗涤至滤液呈中性，在25～200℃温度下真空干燥1～48小时，得到酸化的碳纳米管；

(3)将步骤(2)所得酸化的碳纳米管0.1～1×10g与酰化试剂1～1×10⁴g混合，以1~120kHz超声波或10 r/min~10⁶ r/min的离心速度搅拌下处理0.1~80小时后，加热到25～220℃，搅拌并回流反应0.5～100小时，抽滤并洗涤除去酰化试剂及副产物，得到酰化的碳纳米管；

(4)将步骤(3)所得酰化的碳纳米管0.1～1×10g与1～1×10³mL的偶联剂混合，以1~120kHz超声波或10 r/min~10⁶ r/min的离心速度搅拌下处理0.1~80小时后，在5~200℃温度下反应0.5～48小时，过滤并洗涤，在25~200℃温度下真空干燥0.1～48小时，得到碳纳米管表面接枝有偶联剂；

(5)将步骤(4)所得表面接枝有偶联剂的碳纳米管0.1～1×10g和1～1×10³mL有机溶剂混合，以1~120kHz超声波或搅拌处理1分钟～24小时，使表面接枝有偶联剂的碳纳米管均匀分散在有机溶剂中，在5～150℃温度下，加入干燥的玻璃纤维1～1×10³g，反应1分钟～96小时后，过滤并洗涤，在25~200℃温度下真空干燥0.1～48小时，得到功能化玻璃纤维增强体；

(6)将步骤(5)得到功能化玻璃纤维增强体1～1×10³g、环氧树脂1～1×10³g和固化剂1～1×10³g复合，在温度为25～200℃下真空除泡并反应0.5～72小时，得到功能化玻璃纤维增强环氧树脂复合材料。