一种纤维杂化颗粒及聚合物基复合材料制造技术

本发明专利技术提供了一种纤维杂化颗粒及聚合物基复合材料。该纤维杂化颗粒由纳米纤维和负载在纳米纤维表面的纳米颗粒组成；纳米颗粒在纳米纤维的表面覆盖率为5％-100％；纳米纤维的直径为50nm-300nm，长度为1μm-100μm；纳米颗粒的粒径等于或小于纳米纤维的直径；纳米纤维与纳米颗粒的界面连接作用为物理吸附或/和化学键结合。本发明专利技术的聚合物基复合材料包括聚合物和填充于聚合物中的上述纤维杂化颗粒。该纤维杂化颗粒解决了颗粒状和纤维状纳米材料团聚和缠绕问题的同时，赋予纤维状杂化纳米材料多重功能，以更加方便、有效的方式得到性能可控、多功能的聚合物基复合材料。

Fiber hybrid particle and polymer based composite material

The present invention provides a fiber hybrid particle and a polymer based composite material. The hybrid fiber particles composed of nanofibers and nanoparticles load on the surface of fiber; nano particles on the surface of nano fiber coverage is 5%-100%; the diameter of the nanofibers is 50nm-300nm, the length is 1 mu M-100 mu m; the particle size is equal to or less than the diameter of the nano fiber; nano fibers and nano particles the interface combination of physical adsorption and / or chemical bond. The polymer matrix composite of the present invention comprises a polymer and said fiber hybrid particles filled in the polymer. The hybrid fiber particles to solve the agglomeration of granular and fibrous materials and wound problems at the same time, given the fibrous nano hybrid material with multiple functions, more convenient and effective way to get the performance, controllable polymer composite multifunctional.

【技术实现步骤摘要】
一种纤维杂化颗粒及聚合物基复合材料
本专利技术涉及一种纤维杂化颗粒及由该纤维杂化颗粒构成的聚合物基复合材料，属于纳米纤维材料领域。
技术介绍
纳米材料在广义上定义为在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围(0.1nm-100nm)或由他们作为基本单元构成的材料。纳米材料颗粒极细，表面积极大，在颗粒表面无序排列的原子百分数远大于大尺度材料表面原子所占的百分数，导致纳米材料具有传统固体材料所不具备的特性，如体积效应，表面效应，量子尺寸效应，宏观量子隧道效应和介电限域效应等，从而使纳米材料具有微波吸收性能、高表面活性、强氧化性、超顺磁性等。除以上基本特性，纳米材料还具有特殊的光学、催化、化学反应动力学和特殊的物理机械性质等。纳米材料的使用极大地丰富了材料的开发和应用。纳米材料具有各种优异的特性，而高分子聚合物材料在力学、物理、化学、电学方面也拥有其独特的性能。将纳米材料与高分子聚合物材料进行复合，制备的复合材料既拥有纳米材料的特殊性能又能保持高分子聚合物材料的优异特性。随着科学技术的发展，要求材料具有多种复合性能或更为特殊的性能。因此，单种纳米材料的应用在某些领域已不能满足技术要求。为了达到此目标，纳米材料的复合，成为了一种必然。以往的纳米材料的复合技术是将几种纳米材料与其他物质(聚合物或纳米材料)进行混合。但是，由于纳米材料的高比表面积，表面活性很大，颗粒与颗粒之间极易通过范德华力吸附在一起，形成团聚体，并且不易再次分散开，从而使得在开发新材料的过程中不容易有效地控制材料的性能。纳米纤维材料具有极大的比表面积、高横纵比、极强的与其他物质的互相渗透力，纳米纤维织物结构精细，具有极好的柔韧性、吸附性、过滤性等。纳米纤维独特的性能使其在膜材料、过滤介质、催化剂、电子产品、生物制品、复合增强材料等领域拥有巨大的市场潜力。但是，正是由于纳米纤维材料具有极大的纵横比和比表面积，将其与聚合物制备成复合材料时易缠绕，特别是与纳米颗粒通过机械方法复合时，难以得到分散均匀的复合材料，性能难以控制。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种纤维杂化颗粒及由该纤维杂化颗粒构成的聚合物基复合材料。该纤维杂化颗粒解决了颗粒状和纤维状纳米材料团聚和缠绕问题的同时，赋予纤维状杂化纳米材料多重功能，以更加方便、有效的方式得到性能可控、多功能的聚合物基复合材料。为了实现上述技术目的，本专利技术首先提供了一种纤维杂化颗粒，该纤维杂化颗粒由纳米纤维和负载在纳米纤维表面的纳米颗粒组成；其中，所述纳米颗粒在所述纳米纤维的表面覆盖率为5％-100％；所述纳米纤维的直径为50nm-300nm，长度为1μm-100μm；所述纳米颗粒的粒径等于或小于所述纳米纤维的直径；所述纳米纤维与所述纳米颗粒的界面连接作用为物理吸附或/和化学键结合。在本专利技术提供的纤维杂化颗粒中，优选地，采用的纳米颗粒的粒径为5nm-50nm。在本专利技术提供的纤维杂化颗粒中，优选地，采用的纳米纤维为纳米导体纤维，采用的纳米颗粒为绝缘氧化物纳米颗粒或半导体氧化物纳米颗粒。纳米导体纤维表面负载绝缘氧化物或半导体氧化物纳米颗粒的纤维杂化颗粒的结构如图1所示。在本专利技术提供的纤维杂化颗粒中，优选地，采用的纳米导体纤维包括无机纳米导体纤维和/或有机纳米导体纤维。在本专利技术提供的纤维杂化颗粒中，优选地，采用的无机纳米导体纤维包括碳纳米管、纳米金、纳米银、纳米铜、纳米镍、纳米钛、纳米钴、纳米铝、纳米铁、纳米铟、纳米锡和纳米锌中的一种或几种组合的合金。在本专利技术提供的纤维杂化颗粒中，优选地，采用的有机纳米导体纤维包括由聚乙炔、聚噻吩(上海汇平化工有限公司生产)、聚吡咯(日本Carlit公司生产)、聚苯胺(石家庄冀安亚大新材料科技有限公司生产)、对位聚苯、聚苯撑乙烯和聚双炔中的至少一种组成的纳米导体纤维。在本专利技术提供的纤维杂化颗粒中，优选地，采用的绝缘氧化物纳米颗粒包括钛酸钡纳米颗粒、钛酸锶钡纳米颗粒、钛酸铅纳米颗粒、钛酸铜钙纳米颗粒、氮化硼纳米颗粒、氮化铝纳米颗粒、氧化铝纳米颗粒、二氧化硅纳米颗粒、二氧化钛纳米颗粒、钛酸钙纳米颗粒和硫酸钙纳米颗粒中的至少一种。在本专利技术提供的纤维杂化颗粒中，优选地，采用的半导体氧化物纳米颗粒包括氧化银纳米颗粒、氧化锌纳米颗粒、氧化亚铜纳米颗粒、氧化铜纳米颗粒、氧化锰纳米颗粒、氧化铁纳米颗粒和氧化钛纳米颗粒中的至少一种。在本专利技术提供的纤维杂化颗粒中，优选地，采用的纳米纤维为绝缘氧化物纳米纤维或半导体氧化物纳米纤维，采用的纳米颗粒为导电微粒。绝缘氧化物纳米纤维或半导体氧化物纳米纤维表面负载导电微粒的纤维杂化颗粒的结构如图2所示。在本专利技术提供的纤维杂化颗粒中，优选地，采用的绝缘氧化物纳米纤维或半导体氧化物纳米纤维包括由钛酸钡、钛酸锶钡、钛酸铅、钛酸铜钙、氮化硼、氮化铝、氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、钛酸钙、硫酸钙、氧化银、氧化锌、氧化亚铜、氧化铜、氧化锰和氧化铁中的至少一种构成的绝缘氧化物纳米纤维或半导体氧化物纳米纤维。在本专利技术提供的纤维杂化颗粒中，优选地，采用的导电微粒包括金微粒、银微粒、铜微粒、镍微粒、钛微粒、钴微粒、铝微粒、铁微粒和锰微粒中的至少一种；或采用的导电微粒为导电碳微粒，更优选地，采用的导电碳微粒包括石墨、氧化石墨、石墨烯、纳米炭管和炭黑中的至少一种；或采用的导电微粒为导电聚合物微粒，更优选地，采用的导电聚合物微粒包括由聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、对位聚苯、聚苯撑乙烯和聚双炔中的至少一种组成的导电聚合物微粒。本专利技术提供的上述纤维杂化颗粒是通过纳米纤维与纳米颗粒之间物理吸附或/和化学键结合作用制备得到的，具体的制备方法如本专利技术的实施例所示，但不局限于实施例中的制备方法。本专利技术还提供了一种聚合物基复合材料，该聚合物基复合材料包括聚合物和填充于所述聚合物中的纤维杂化颗粒；其中，纤维杂化颗粒是上述的纤维杂化颗粒，采用的纤维杂化颗粒占该聚合物基复合材料总质量的10％-80％。在本专利技术提供的聚合物基复合材料中，优选地，采用的聚合物包括环氧树脂(济南圣泉集团股份有限公司生产)、聚酰亚胺树脂(沁阳市天益化工有限公司生产)、聚酯树脂(广州产协高分子有限公司生产)、酚醛树脂(济南圣泉集团股份有限公司生产)和双马来酰亚胺三嗪树脂(咸阳三精科工贸有限公司生产)中的至少一种。本专利技术提供的上述聚合物基复合材料，具体的制备方法如下：将纤维杂化颗粒分散与丁酮溶液中，经过搅拌和超声分散处理1小时后，加入溶解于丁酮溶液的聚合物溶液；搅拌和超声分散2小时，加入固化剂、固化促进剂、消泡剂、流变剂；其中，固化剂、固化促进剂、消泡剂、流变剂选择本领域中常用的试剂即可，各物质的添加量可以按本领域的常规方式确定；超声搅拌0.5小时后得到含有杂化颗粒的树脂浆料；经过棒式涂布机涂膜，加热交联固化，得到聚合物基复合材料。本专利技术通过构建合理的纳米结构，将颗粒状纳米微粒通过静电吸附或化学键作用负载于纳米纤维表面，在解决了颗粒状和纤维状纳米材料团聚和缠绕问题的同时，赋予纤维状杂化纳米材料多重功能，以更加方便有效的方式制备性能可控、多功能的聚合物基复合材料。附图说明图1为纳米导体纤维表面负载绝缘氧化物或半导体氧化物纳米颗粒的纤维杂化颗粒的结构示意图。图2为绝缘氧化物纳米纤维或半导体氧化物纳米纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纤维杂化颗粒，其特征在于，该纤维杂化颗粒由纳米纤维和负载在纳米纤维表面的纳米颗粒组成；其中，所述纳米颗粒在所述纳米纤维的表面覆盖率为5％‑100％；所述纳米纤维的直径为50nm‑300nm，长度为1μm‑100μm；所述纳米颗粒的粒径等于或小于所述纳米纤维的直径；所述纳米纤维与所述纳米颗粒的界面连接作用为物理吸附或/和化学键结合。

【技术特征摘要】
1.一种纤维杂化颗粒，其特征在于，该纤维杂化颗粒由纳米纤维和负载在纳米纤维表面的纳米颗粒组成；其中，所述纳米颗粒在所述纳米纤维的表面覆盖率为5％-100％；所述纳米纤维的直径为50nm-300nm，长度为1μm-100μm；所述纳米颗粒的粒径等于或小于所述纳米纤维的直径；所述纳米纤维与所述纳米颗粒的界面连接作用为物理吸附或/和化学键结合。2.根据权利要求1所述的纤维杂化颗粒，其特征在于，所述纳米颗粒的粒径为5nm-50nm。3.根据权利要求1所述的纤维杂化颗粒，其特征在于，所述纳米纤维为纳米导体纤维，所述纳米颗粒为绝缘氧化物纳米颗粒或半导体氧化物纳米颗粒。4.根据权利要求3所述的纤维杂化颗粒，其特征在于，所述纳米导体纤维包括无机纳米导体纤维和/或有机纳米导体纤维；其中，所述无机纳米导体纤维包括碳纳米管、纳米金、纳米银、纳米铜、纳米镍、纳米钛、纳米钴、纳米铝、纳米铁、纳米铟、纳米锡和纳米锌中的一种或几种组合的合金；所述有机纳米导体纤维包括由聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、对位聚苯、聚苯撑乙烯和聚双炔中的至少一种组成的纳米导体纤维。5.根据权利要求3所述的纤维杂化颗粒，其特征在于，所述绝缘氧化物纳米颗粒包括钛酸钡纳米颗粒、钛酸锶钡纳米颗粒、钛酸铅纳米颗粒、钛酸铜钙纳米颗粒、氮化硼纳米颗粒、氮化铝纳米颗粒、氧化铝纳米颗粒、二氧化硅纳米颗粒、二氧化钛纳米颗粒、钛酸钙纳米颗粒和硫酸钙纳米颗粒中的至少一种；所述半导体氧化物纳米颗粒包括氧化银纳米颗粒、氧化锌纳米颗粒、氧化亚铜纳米颗粒、氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：于淑会，罗遂斌，孙蓉，王健，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44