[发明专利]一种生长ZnO纳米片碳纤维布增强的聚六氢三嗪复合材料、制备方法及回收方法

说明书

本发明公开了一种生长ZnO纳米片碳纤维布增强的聚六氢三嗪复合材料、制备方法及回收方法，制备方法通过电镀、氧化以及溶液浸渍法使ZnO纳米片以及聚六氢三嗪负载到碳纤维编织布表面，提升了碳纤维编织布与聚六氢三嗪间的界面强度，进而提升了复合材料的摩擦性能；另外，聚六氢三嗪预聚物溶液包括甲醛、N‑甲基吡咯烷酮和4,4’‑二氨基二苯醚，形成可降解的聚六氢三嗪热固性树脂，形成新型可回收的热固性树脂复合材料，在回收方法中解聚溶液包括四氢呋喃和盐酸，通过解聚溶液浸泡后，可回收得到完整的碳纤维布，实现了碳纤维布的无损回收，低成本、环境友好，扩展了碳纤维及其复合材料在工业上的应用范围和前景。

技术领域

本发明属于纳米复合材料制备领域，具体涉及一种生长ZnO纳米片碳纤维布增强的聚六氢三嗪复合材料、制备方法及回收方法。

背景技术

高性能碳纤维增强聚合物复合材料(CFRP)具有特定强度，模量，尺寸稳定性和耐用性。纤维增强复合材料是由增强纤维和基体树脂构成的一类重要的复合材料。但碳纤维与聚合物材料间的界面结合往往较弱，在承受外力时会产生变形失效等，影响其复合材料的性能,而在碳纤维与聚合物间引入纳米材料可以实现复合材料界面强度的提升。

相关技术公开了一种在碳布上生长氧化锌纳米棒增强树脂基摩擦材料的制备方法，该方法通过水热法将纳米棒状氧化锌生长于碳布上。然后将处理后的碳布旋转滴加改性酚醛树脂溶液，取出自然晾干后，用硫化机热压成型。纳米棒状的氧化锌生长于碳布表面，更有益于碳布与树脂的结合，改善了摩擦材料的摩擦磨损性能。但该方法的制备流程较为复杂，制备成本较高。相关技术还公开了一种连续增强热固性树脂基复合材料及其制备方法，该方法通过将甲醛和芳香胺均匀溶于水/非质子混合溶剂中，所得反应液在40-100℃搅拌反应3-120分钟进行预聚，获得预聚物溶液；将连续纤维浸渍于预聚物溶液中，经热流通道除去溶剂，冷却后获得预浸带；将预浸带裁剪成与模具大小匹配的预浸片，根据材料厚度在模具中铺设相应层数预浸片热压固化成型，得到复合材料。该方法所得复合材料具有优良的机械和耐热性能，但耐磨性能欠佳，且同样存在制备流程较为复杂的问题，无法实现工业化生产。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种生长ZnO纳米片碳纤维布增强的聚六氢三嗪复合材料、制备方法及回收方法，制备方法重复性强，制备工艺简单方便，制备周期短；制备的复合材料中二维ZnO纳米片层致密均匀，形貌单一，使得复合材料的耐磨性能有明显提升，且复合材料能够通过解聚溶液浸泡后，回收得到完整的碳纤维布，实现了碳纤维布的无损回收。

为了实现以上目的，本发明提供了一种生长ZnO纳米片碳纤维布增强的聚六氢三嗪复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：对碳纤维布进行电镀处理，电镀液包括ZnCl₂、KCl、H₃BO₃和C₇H₅NO₃S，在碳纤维布的表面覆盖锌，获得Zn@CFC；

步骤2：对Zn@CFC在60～80℃温度下进行氧化处理，冷却后得到ZnO@CFC；

步骤3：采用溶液浸渍法将聚六氢三嗪预聚物溶液覆盖在ZnO@CFC上并干燥，聚六氢三嗪预聚物溶液包括甲醛、N-甲基吡咯烷酮和4,4’-二氨基二苯醚，重复多次直至聚六氢三嗪预聚物的厚度至0.35～0.55mm，得到预聚物复合材料；

步骤4：将预聚物复合材料在180～200℃温度下进行固化处理，即得到生长ZnO纳米片碳纤维布增强的聚六氢三嗪复合材料。

进一步地，所述步骤1中电镀液中ZnCl₂的浓度为50～70g/L，KCl的浓度为180～240g/L，H₃BO₃的浓度为15～20ml/L，C₇H₅NO₃S的浓度为0.3～0.5g/L。