[发明专利]玻璃纤维／碳纳米管／环氧树脂多维混杂复合材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种玻璃纤维／碳纳米管／环氧树脂多维混杂复合材料的制备方法。本发明将玻璃纤维经过硅烷偶联剂处理，碳纳米管经表面羧基化、酰氯化后，再在其上引入二元胺或多元胺，将接有氨基的碳纳米管用多元酸酐化合物修饰，制备携带酸酐基团的碳纳米管。超声波振荡和高速搅拌，使碳纳米管分散于环氧树脂基体中，采用有机酸酐类固化剂固化，以得到含有碳纳米管的环氧树脂聚合物作为基体和经过偶联剂处理的玻璃纤维复合，形成以共价键相连的多维混杂复合材料结构。本发明制备方便，提高了碳纳米管在环氧树脂中的分散，利用碳纳米管的强度和韧性强韧化环氧树脂，提高与玻璃纤维基面的粘结强度，从而提高玻璃纤维／碳纳米管／环氧树脂多维混杂复合材料的整体性能，拓宽玻璃纤维、碳纳米管和环氧树脂的应用。

主权项

一种玻璃纤维／碳纳米管／环氧树脂多维混杂复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：(1)称取1～1×102g干燥的碳纳米管和10g～1×103g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1～80小时，然后加热至20～180℃，反应1～48小时，以微滤膜抽滤，反复洗涤至中性，在25～150℃温度下真空干燥1～48小时，得到纯化的碳纳米管；(2) 将1～1×102g干燥的玻璃纤维浸泡在5 %的硅烷偶联剂的水溶液中30min ， 取出后再放入120℃的烘箱中烘烤2h，除去玻璃纤维上的水分，得到硅烷偶联剂处理的玻璃纤维；将步骤(1)中得到纯化碳纳米管1～1×102g和强氧化性酸1～1×104mL混合，在1~120kHz超声波下处理1～80小时，然后加热到25～120℃，搅拌并回流反应1～80小时，超微孔滤膜抽滤，反复洗涤至溶液呈中性，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1～1×102g和酰化试剂l0～1×104g，以1~120kHz超声波处理0.1~10小时后，加热到25～220℃，搅拌并回流反应0.5～100小时，抽滤并反复洗涤除去酰化试剂，得到酰基化的碳纳米管；(4)将步骤(3)所得酰化碳纳米管1～1×102g和二元胺或多元胺10～1×104g，以1~100kHz超声波处理1～100小时，然后在25～200℃温度下反应0.5～100小时，抽滤并反复洗涤，在25~200℃温度下真空干燥1～48小时，得到表面带有活性氨基的接枝型碳纳米管；(5)将步骤(4)所得表面带有活性氨基的碳纳米管1～1×102g在极性有机溶剂冰浴中搅拌滴加1～100g的芳香族酸酐化合物，滴加完毕后升温至100～150℃ 回流3～12小时，用极性有机溶剂洗去未反应的芳香族酸酐化合物，40～80℃下真空干燥3～12小时，得到带有活性酸酐基团的碳纳米管；(6)将步骤(5)所得表面带有活性酸酐基团的碳纳米管1～1×102g和环氧树脂10～1×104g，升温至树脂基体熔融后，搅拌分散均匀并在真空条件下除气泡，同时进行化学交联反应，得到含有碳纳米管的环氧树脂聚合物；(7)将以步骤(6)所得到含有碳纳米管的环氧树脂聚合物20g‑25g作为基体和步骤(2)所得的硅烷偶联剂处理的玻璃纤维20g‑100g机械混合，在60～100℃,超声波分散1～12小时，加入40~50g有机酸酐类固化剂，将以上固化体系倒入模具中，真空条件下除气泡，在100~250℃下固化成型，得到含玻璃纤维／碳纳米管／环氧树脂多维混杂复合材料。