[发明专利]一种多巴胺包覆碳纳米管改性碳纤维增强树脂基结构-阻尼复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种多巴胺包覆碳纳米管改性碳纤维增强树脂基结构‑阻尼复合材料的制备方法，包括下列步骤：1)碳纤维表面去胶；2)催化剂前躯体溶液的制备；3)将碳纤维浸泡在催化剂前躯体溶液中0.5‑1h，取出在90‑120℃的条件下烘干0.5‑1h；4)将烘干的碳纤维置于管式炉中，在氩气条件下加热到250‑450℃，氢气条件下保温还原,氩气条件下加热到560‑800℃，通入乙炔(20‑40sccm)保温；5)将经过化学气相沉积碳纳米管的碳纤维浸渍在多巴胺盐酸盐的Tris缓冲液中,多巴胺盐酸盐溶液的浓度为1‑2mg/ml，经过24h完成聚合。

技术领域

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种多巴胺包覆碳纳米管改性碳纤维的方法及其增强的环氧树脂基复合材料阻尼性能的研究。

背景技术

碳纤维增强环氧树脂基复合材料拥有高的比强度、比模量，并且凭借其质轻、优异的力学性能和耐化学化学腐蚀性等优异的性能，被广泛的应用在航空航天、高速铁路、军工、建筑及体育器材等领域。另外由于碳纤维复合材料质轻的特征在降低能耗、节能减排的背景下表现出更加良好的应用前景。但是随着现代机械系统例如飞机和高速铁路等向着高速化与自动化的方向发展，使得碳纤维复合材料在机械系统中更容易引起振动。高频的振动降低了机械系统运行的稳定性和安全性，并且加速了碳纤维复合材料的疲劳损坏缩短了复合材料的服役周期。因此，通过有效的方法提高碳纤维复合材料的阻尼性能降低振动成为当下的研究热点。

大量文献表明，提高碳纤维复合材料阻尼性能的方法有：将粘弹性聚合物镶嵌在碳纤维复合材料的结构中、将粘弹性聚合物与碳纤维共固化制备复合材料和利用碳纳米管改性碳纤维复合材料三个方面。在上述提到的三种方法中，由于利用碳纳米管可以显著的提高碳纤维复合材阻尼性能降低振动，并且同时能够保持复合材料的结构的稳定性。因此，利用碳纳米管提高碳纤维复合材料的阻尼性能是目前研究的主要方向。

碳纳米管作为一种纳米增强体，具有高的强度、弹性和比表面积等优异的力学性能。碳纳米管添加到碳纤维复合材料中，在周期性载荷的作用下，碳纳米管在复合材料中会发生滑移变形，通过滑动摩擦耗散大量的振动能显著的提高材料阻尼性能。但是，碳纳米管的较高的比表面积以及较低的表面化学活性使得其在复合材料的集体中的分散性较差，因此容易引起碳纳米管团聚从而不能很好的发挥碳纳米管耗散振动能的作用。利用表面改性剂对碳纳米管表面进行表面改性可以提高碳纳米管表面的化学活性，从而改善碳纳米管在复合材料中的分散性充分发挥碳纳米管对振动能的耗散的作用，进一步提高碳纤维复合材料的阻尼性能。

发明内容

为了解决碳纳米管在树脂基体中团聚的问题，本发明的目的是提供一种Fe(NO₃)₃溶液处理碳纤维，经过氢气还原后利用气体碳源在碳纤维表面原位合成碳纳米管，并经过聚多巴胺的表面处理，利用这种方法显著的提高了碳纤维复合材料的阻尼性能。

本发明的技术方案如下：

一种多巴胺包覆碳纳米管改性碳纤维增强树脂基结构-阻尼复合材料的制备方法，包括下列步骤：

1)碳纤维表面去胶:将碳纤维浸泡在丙酮溶液中8-12h，将纤维取出后超声处理0.5-1h，用去离子水清洗干净90-120℃烘干4-8h。

2)催化剂前躯体溶液的制备：以Fe(NO₃)₃为纳米金属催化剂的前躯体，将Fe(NO₃)₃溶解在无水乙醇中，搅拌0.5-1h形成0.005-0.05mol/L的溶液；

3)将碳纤维浸泡在催化剂前躯体溶液中0.5-1h，取出在90-120℃的条件下烘干0.5-1h；

4)将烘干的碳纤维置于管式炉中，在氩气240-400sccm条件下加热到250-450℃，氢气150-200sccm条件下保温还原2-4h,氩气250-400sccm条件下加热到560-800℃，通入乙炔(20-40sccm)保温0.5-1h；