[发明专利]一种碳纳米管接枝玻璃纤维多尺度增强体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米技术领域，具体涉及一种碳纳米管接枝玻璃纤维多尺度增强体的制备方法。

背景技术

碳纳米管(Carbon nanotubes,CNTs)是1991年由日本Iijima发现的一维碳族材料,它由一层或多层石墨层卷绕而成,具有中空筒柱型结构。碳纳米管奇特的结构赋予其优异的机械性能、电学性能和热力学性能，因此被越来越广泛地作为聚合物的增强材料,制备轻质高强的复合材料。玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差。玻璃纤维是非常好的金属材料替代材料，随着市场经济的迅速发展，玻璃纤维成为建筑、交通、电子、电气、化工、冶金、环境保护、国防等行业必不可少的原材料。由于在多个领域得到广泛应用，因此，玻璃纤维日益受到人们的重视。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。玻璃纤维与树脂之间的相容性、亲和性较差，两者之间很难形成有效的界面黏结，在外加载荷作用下，容易造成界面脱粘，纤维不能充分发挥增强作用。为了改善玻璃纤维增强树脂复合材料的界面黏结，可以通过对玻璃纤维表面进行改性，提高玻璃纤维与聚合物基体间的界面粘结强度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种界面粘结牢固的碳纳米管接枝玻璃纤维多尺度增强体的制备方法。

本发明提出的一种碳纳米管接枝玻璃纤维多尺度增强体的制备方法，是将碳纳米管经过纯化，羧基化后，得到表面接有羧基的碳纳米管，再将羧基化的碳纳米管均匀分散在有机溶剂中与玻璃纤维反应，得到玻璃纤维表面接枝有碳纳米管，再将表面接枝有碳纳米管的玻璃纤维浸入偶联剂溶液中处理，得到碳纳米管接枝改性功能化玻璃纤维的多尺度增强体。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，反复洗涤多次至滤液呈中性，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，反复洗涤多次至滤液呈中性，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，使酸化的碳纳米管均匀分散在有机溶剂中，在5～120℃温度下，加入0.1～1×10³g干燥的玻璃纤维，反应1分钟～96小时后，抽滤并反复洗涤，在25~200℃温度下真空干燥0.1～48小时，得到表面接枝有碳纳米管的玻璃纤维多尺度增强体；

(4)将步骤(3)所得表面接枝有碳纳米管的玻璃纤维多尺度增强体0.1～1×10³g浸入1～1×10³mL偶联剂溶液中，在5～120℃温度下，反应1分钟～96小时后，抽滤并在25~200℃温度下干燥0.1～48小时，得到表面接枝有碳纳米管的功能化玻璃纤维多尺度增强体。

本发明中，步骤(1)中所述碳纳米管为电弧放电、化学气相沉淀、模板法、太阳能法或激光蒸发法中的任一种制备的单壁或多壁碳纳米管或以其任意比例混合的混合物。

本发明中，步骤(1)中所述无机酸为1～35％重量酸浓度的硝酸、1～55％重量酸浓度的硫酸或1～50％重量酸浓度的盐酸中任一种或其多种混合液。

本发明中，步骤(2)中所述强氧化性酸均为0.1～70％重量酸浓度硝酸、1～100％重量酸浓度硫酸、1∕100～100∕1摩尔比高锰酸钾和硫酸混合溶液、1∕100～100∕1摩尔比硝酸和硫酸混合溶液、1∕100～100∕1摩尔比高锰酸钾和硝酸混合溶液、1∕100～100∕1摩尔比过氧化氢和硫酸混合液、1∕100～100∕1摩尔比过氧化氢和盐酸混合液、1∕100～100∕1摩尔比过氧化氢和硝酸混合液或15～95％重量浓度过氧化氢溶液中任一种或其多种组合。