[发明专利]石墨及功能化碳纤维改性环氧树脂复合材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种石墨及功能化碳纤维改性环氧树脂复合材料的制备方法。本发明将碳纳米管经羧基化功能化后，在碳纳米管上引入二元胺或多元胺，得到表面胺基化的碳纳米管；将胺基化的碳纳米管与表面经过羧基化的碳纤维反应，得到胺基化的碳纤维表面接枝有碳纳米管，在碳纤维表面引入二元胺或多元胺，使碳纤维表面未完全与胺基化的碳纳米管反应的羧基充分胺基化，将碳纤维与环氧树脂预聚合反应，得到功能化的碳纤维表面接枝有环氧树脂的增强体。将石墨与环氧树脂复合，获得石墨改性的环氧树脂的基体。将得到的功能化碳纤维表面接枝有环氧树脂的增强体和石墨改性的环氧树脂的基体通过一定方式复合，即得所需产品。本发明利用碳纳米管的强度和韧性强韧化碳纤维，改善碳纤维与树脂基体的粘结性能，提高复合材料的界面粘结强度，从而提高复合材料的整体性能；利用石墨的润滑性，降低复合材料的摩擦系数和磨损率。

主权项

石墨及功能化碳纤维改性环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：(1)称取0.1～1×10g干燥的碳纳米管和10～1×104mL有机酸混合，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，反复洗涤至滤液为中性，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1～1×102g干燥的碳纤维和强氧化性酸1～1×104mL混合，在1~120kHz超声波下处理0.1～12小时，然后加热到25～120℃，搅拌并回流反应0.2～12小时，经去离子水洗涤，滤纸抽滤，反复洗涤至滤液呈中性，在25～150℃温度下真空干燥1～48小时，得到酸化的碳纤维；(3)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；(4)将步骤(3)所得酸化的碳纳米管0.1～1×10g、二元胺或多元胺1～1×103g、有机溶剂1～1×103mL和缩合剂0.1～1×10g混合，以1~120kHz超声波处理0.1～96小时，在25～220℃温度下反应1～96小时后，抽滤并反复洗涤，在25~200℃温度下真空干燥1～48小时，得到胺化的碳纳米管；(5)将步骤(4)所得胺基化的碳纳米管0.1～1×10g、步骤(2)所得的酸化碳纤维1～1×102g、有机溶剂1～1×103mL和缩合剂0.1～1×10g混合，以1~120kHz超声波处理0.1～12小时，在温度为25～220℃下反应0.1～96小时后，往其中添加二元胺或多元胺0.1～1×102g和缩合剂0～1×10g再反应1～96小时，抽滤并反复洗涤，在25~200℃温度下真空干燥1～48小时，得到的碳纤维表面接枝有胺基和碳纳米管；(6)将步骤(5)所得的碳纤维表面接枝有胺基和碳纳米管0.1～1×10g和环氧树脂1～1×103g复合，在温度为25～150℃下，反应0.1～24小时后，经有机溶剂洗涤，除去未反应的环氧树脂，得到功能化碳纤维表面接枝有环氧树脂的增强体；(7)称取干燥的石墨0.1～1×103g、环氧树脂1～1×103g和固化剂1～1×103g，在温度为5～150℃下复合，磁力或机械搅拌分散并真空除泡反应0.1～24小时，得到石墨改性的环氧树脂的基体；(8)将步骤(6)得到的功能化碳纤维表面接枝有环氧树脂的增强体1～1×102g和步骤(7)得到的石墨改性的环氧树脂的基体1～1×103g经模压复合成型，在温度为50～180℃下真空除泡反应0.5～48小时，得到石墨及功能化碳纤维改性环氧树脂复合材料。