[发明专利]一种有机-无机杂化三层核壳粒子改性碳纤维的制备方法

权利要求书

1.一种有机-无机杂化三层核壳粒子改性碳纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)二氧化锆硬核的制备

以质量分数计，将1～10份八水氧氯化锆、1～10份无水乙醇和5～70份水混合并搅拌至澄清，转移至水热釜中，在100～150℃保温反应12～24h，反应完成后离心并在50～80℃下干燥；将干燥后的产物加入到硅烷偶联剂、无水乙醇和水的混合溶液中，干燥后的产物、硅烷偶联剂、无水乙醇和水的质量比为1:10～20:10～30:1-5，在60～80℃反应1～5h，后经过离心、乙醇和去离子水清洗后，以60～100℃烘干得到二氧化锆硬核；

2)二氧化锆@氧化石墨烯的制备

按0.01:10～20的质量比将二氧化锆硬核和无水乙醇混合均匀后加入到质量比为0.01:30～50的氧化石墨烯和无水乙醇分散液中，在0～10℃搅拌4～8h后静置，收集沉淀物，并用去离子水清洗干净后冷冻干燥得到由二氧化锆硬核和氧化石墨烯内壳层组成的二氧化锆@氧化石墨烯；

3)二氧化锆@氧化石墨烯@六氯三聚磷腈-三乙基胺的制备

以质量分数计，将0.1～0.5份二氧化锆@氧化石墨烯、40～200份四氢呋喃、0.5～2.5份六氯三聚磷腈混合均匀并通氮气保护在40～60℃反应15min，后加入0.5～2.5份三乙基胺，继续在氮气保护下40～60℃反应5～10h，反应结束后将产物分别用四氢呋喃和氯仿清洗干净后在40～60℃干燥；

以质量分数计，将0.1～0.5份干燥后的产物加入到由0.2～1.5份六氯三聚磷腈、1～2份二氨基二苯醚和40～200份四氢呋喃的混合溶液中，在氮气保护下40～60℃反应15min，后加入0.5～2.5份三乙基胺，继续在氮气保护下40～60℃反应5～10h，反应结束后将产物分别用去离子水和二甲基甲酰胺清洗干净并在40～60℃干燥，得到由二氧化锆硬核、氧化石墨烯内壳层和六氯三聚磷腈-三乙基胺外壳层三部分组成的二氧化锆@氧化石墨烯@六氯三聚磷腈-三乙基胺

4)碳纤维表面预处理

以丙酮为溶剂，采用索氏萃取法将碳纤维在70～80℃冷凝回流24～48h后干燥；再将干燥后的纤维在浓硝酸中60～100℃氧化反应2～6h，产物用去离子水清洗直至pH为7，在60～80℃下干燥得到氧化的碳纤维；

5)核壳粒子改性碳纤维的制备

以质量分数计，将0.05～0.3份二氧化锆@氧化石墨烯@六氯三聚磷腈-三乙基胺、1-3份三乙基胺和40～270份四氢呋喃混合均匀后，向其中加入0.2～1份氧化的碳纤维，40～60℃下回流反应8-16h，反应完成后用四氢呋喃清洗并在60～80℃下真空干燥4-8h，得到核壳粒子改性碳纤维。

2.根据权利要求1所述的一种有机-无机杂化三层核壳粒子改性碳纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤1)的硅烷偶联剂为3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-脲基丙基三乙氧基硅烷或3-[2-(2-氨基乙基氨基)乙基氨基]丙基-三甲氧基硅烷。

3.根据权利要求1所述的一种有机-无机杂化三层核壳粒子改性碳纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤1)的离心转速在3000-8000r/min。

4.根据权利要求1所述的一种有机-无机杂化三层核壳粒子改性碳纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤1)制备的二氧化锆粒径为150～300nm。

5.根据权利要求1所述的一种有机-无机杂化三层核壳粒子改性碳纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤2)的氧化石墨烯的平均尺寸为0.1～30μm。

6.根据权利要求1所述的一种有机-无机杂化三层核壳粒子改性碳纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤2)制备的二氧化锆@氧化石墨烯粒径为155～350nm。

7.根据权利要求1所述的一种有机-无机杂化三层核壳粒子改性碳纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤3)制备的二氧化锆@氧化石墨烯@六氯三聚磷腈-三乙基胺粒径为170～500nm。

8.根据权利要求1所述的一种有机-无机杂化三层核壳粒子改性碳纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤4)的碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维或沥青基碳纤维长碳纤维。