一种聚多巴胺制造技术

本发明专利技术公开了一种聚多巴胺

【技术实现步骤摘要】
一种聚多巴胺
‑
MnO2纳米片/碳纤维增强体及其制备方法


[0001]本专利技术涉及复合纤维材料
，具体涉及一种聚多巴胺
‑
MnO2纳米片
/
碳纤维增强体及其制备方法
。

技术介绍

[0002]碳纤维具有高比强度
、
高比模量
、
耐高温
、
耐摩擦
、
耐腐蚀及高导热等优异性能，被广泛用作高性能复合材料的增强体
。
碳纤维增强树脂基复合材料
(CFRP)
由于具有优异的力学性能和低密度，被广泛应用于航空航天
、
交通运输和民用领域
。
目前
CFRP
的实际强度与理论计算仍存在较大差距，而制约复合材料力学性能提升的最关键因素是合理的两相界面设计
。
碳纤维作为一种含碳量在
90
％以上的碳材料，其表面具有较强的化学惰性，为了解决这一问题，可以在碳纤维表面进行一定程度的改性，以提高碳纤维的表面活性，促进碳纤维和树脂基体的结合，增加复合材料的界面应力传递效率，使复合材料界面强度得以提升
。
[0003]碳纤维的表面处理方法有表面氧化法和涂层法两种，表面氧化法可以使碳纤维表面产生大量的含氧基团，但会损伤碳纤维，涂层法可设计性强，在调节碳纤维的表面物理和化学特性方面具有更强的灵活性，使碳纤维获得更好的表面修饰效果，但往往需要和表面氧化法配合使用
。
[0004]有研究提出了一种碳纤维表面液相氧化处理方法，将碳纤维浸渍在硝酸
、
硫酸
、
双氧水等氧化剂内，将碳纤维表面的碳结构氧化为羧基
、
羟基等含氧官能团，提高了碳纤维的表面活性
。
[0005]有研究提出了一种上浆剂改性碳纤维表面的方法，利用上浆剂含有大量活性基团的特点，将其涂覆在碳纤维表面，使碳纤维表面的亲和性大幅度提升
。
[0006]有研究提出了一种在碳纤维表面接枝或原位生长纳米材料的方法，通过接枝或生长纳米材料，碳纤维表面的粗糙度得到大幅度提升，通过机械嵌合作用提高了碳纤维与树脂基体的界面结合力
。
[0007]以上方法虽然一定程度提高了碳纤维表面的亲和性，但也存在一定的局限性
。
碳纤维表面氧化或表面生长纳米材料，容易对碳纤维的力学强度产生一定的损伤；在碳纤维表面涂覆上浆剂或接枝纳米材料，其复合材料的界面增强效果有限
。

技术实现思路

[0008]专利技术目的：本专利技术旨在提供一种聚多巴胺
‑
MnO2纳米片
/
碳纤维增强体及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题
。
[0009]技术方案：一种聚多巴胺
‑
MnO2纳米片
/
碳纤维增强体，所述碳纤维表面具有聚多巴胺有机涂层和
MnO2纳米片无机片层
。
[0010]进一步地，所述聚多巴胺有机涂层的含量在1～
5wt
％之间
。
[0011]进一步地，所述
MnO2纳米片无机片层的厚度在
0.2
～
0.8nm
之间
。
[0012]上述聚多巴胺
‑
MnO2纳米片
/
碳纤维增强体的制备方法，包括以下步骤：
[0013](1)
将碳纤维浸渍在氧化剂中进行表面氧化处理，处理后取出，用去离子水冲洗数次并烘干，得到活化碳纤维；
[0014](2)
将活化碳纤维浸渍于多巴胺
‑
Tris
溶液中反应，反应结束后取出，烘干，得到聚多巴胺改性碳纤维；
[0015](3)
将聚多巴胺改性碳纤维浸渍在
KMnO4水溶液中进行水热反应，反应结束后取出，用去离子水冲洗数次并烘干，得到聚多巴胺
‑
MnO2纳米片
/
碳纤维增强体
。
[0016]进一步地，步骤
(1)
中，所述氧化剂为硝酸
、
硫酸
、
双氧水中的一种
。
[0017]进一步地，步骤
(2)
中，所述多巴胺
‑
Tris
溶液的质量分数为
0.1
～
1wt
％
。
[0018]进一步地，步骤
(2)
中，将反应体系置于
20
～
40KHz
的超声波环境中，反应
0.5
～8小时
。
[0019]进一步地，步骤
(2)
中，用循环水将超声波水温控制在
25
±
2℃。
以避免超声过程中水温升高影响反应程度
。
[0020]进一步地，步骤
(3)
中，所述
KMnO4水溶液的浓度为
0.02
～
0.03wt
％
。
碳纤维在不同浓度的
KMnO4水溶液中进行
MnO2纳米片的生长，其表面的纳米片层形貌具有较大差异，浓度过低时碳纤维表面不生长
MnO2纳米片，浓度过高时碳纤维表面的
MnO2纳米片层容易因过厚而开裂脱落，故使用
0.02
～
0.03wt
％浓度的
KMnO4水溶液最为合适
。
[0021]进一步地，步骤
(3)
中，聚多巴胺改性碳纤维与
KMnO4水溶液的质量比在
0.001
～
0.01:1
之间
。
[0022]进一步地，步骤
(3)
中，所述水热反应的条件为：溶液体积占反应釜容积的
50
～
80
％，反应釜置于
100
～
160℃
的环境中保温1～8小时
。
[0023]需要说明的是，在步骤
(2)
中，聚多巴胺
(PDA)
涂层的引入，既能够使
MnO2纳米片嵌合在碳纤维表面，又能保护碳纤维在水热过程中不受刻蚀损伤，还能为
MnO2纳米片的原位生长提供活性位点
。
[0024]在步骤
(3)
中，
KMnO4是一种强氧化剂，
PDA
涂层表面含有大量的羟基和氨基等活性基团，在高温水热条件下，羟基和氨基会被氧化，相应的，
MnO4‑
被还原为低价态的
MnO2。
由于该反应在
PDA
涂层的表面进行，因此生成的
MnO2成核位点会附着在
PDA本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种聚多巴胺
‑
MnO2纳米片
/
碳纤维增强体，其特征在于，所述碳纤维表面具有聚多巴胺有机涂层和
MnO2纳米片无机片层
。2.
根据权利要求1所述的聚多巴胺
‑
MnO2纳米片
/
碳纤维增强体，其特征在于，所述聚多巴胺有机涂层的含量在1～
5wt
％之间
。3.
根据权利要求1所述的聚多巴胺
‑
MnO2纳米片
/
碳纤维增强体，其特征在于，所述
MnO2纳米片无机片层的厚度在
0.2
～
0.8nm
之间
。4.
根据权利要求1～3任一项所述聚多巴胺
‑
MnO2纳米片
/
碳纤维增强体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)
将碳纤维浸渍在氧化剂中进行表面氧化处理，处理后取出，用去离子水冲洗数次并烘干，得到活化碳纤维；
(2)
将活化碳纤维浸渍于多巴胺
‑
Tris
溶液中反应，反应结束后取出，烘干，得到聚多巴胺改性碳纤维；
(3)
将聚多巴胺改性碳纤维浸渍在
KMnO4水溶液中进行水热反应，反应结束后取出，用去离子水冲洗数次并烘干，得到聚多巴胺
‑
MnO2纳米片
/
碳纤维增强体
。5.
根据权利要求4所述的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔琨，孙娜，厉承森，张秀梅，朱波，
申请(专利权)人：山东大学威海工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：