【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及碳纤维改性，具体涉及一种碳纳米管接枝碳纤维及其制备方法。
技术介绍
1、这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。
2、随着碳纤维在各个领域的广泛应用与发展，涌现出众多针对其表面的处理方法，但是目前大多数工艺仅限于实验室开展，未能实现工业化生产与推广。而造成这一现象的原因主要是由于许多处理技术难以与现有的碳纤维生产流程相匹配，存在设备昂贵、生产效率低、操作工艺复杂以及无法实现连续化处理等问题。
3、自发现以来，碳纳米管因其在各个领域的卓越性能而成为研究热点。特别是，碳纳米管在机械、热学和电学性能方面的卓越性能在作为增强体材料领域引起了极大的关注。将碳纳米管引入纤维表面可以增加粗糙度、增强机械互锁、提高纤维与树脂之间的润湿性。到目前为止，鉴于先前的研究，已经开发了大量将碳纳米管引如到碳纤维表面的工艺，包括电泳沉积、溶液浸渍、化学气相沉积和化学接枝。
4、例如采用化学接枝法在碳纤维表面成功接枝了碳纳米管，对碳纳米管进行了氨基官能化，直接与碳纤维上的羧基反应。碳纳米管接枝不完全均匀，碳纳米管不能覆盖整个碳纤维表面。还有的是以铁和镍为催化剂在低温下在碳纤维上生长碳纳米管的方法，在450℃下使用fe-ni催化剂获得的碳纤维单丝拉伸强度比未上浆碳纤维提高了11％。
5、上述方法已被证明是有效的，并在改善复合材料的界面性能方面发挥了关键作用。然而，许多技术受到工艺复杂、处理时间长、无法连续制备的限制，难以实现进一步扩展。因此，开发一种碳纳米管接枝碳纤维的连
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种碳纳米管接枝碳纤维及其制备方法。
2、为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
3、第一方面，本专利技术提供一种碳纳米管接枝碳纤维的制备方法，包括如下步骤：
4、采用电化学阳极氧化处理未上浆的碳纤维，在其表面引入活性基团(羧基和羟基等活性基团)，得到功能化碳纤维；
5、将马来酰亚胺改性水性聚氨酯上浆剂稀释后涂覆到功能化碳纤维表面，得到上浆碳纤维；
6、将上浆碳纤维浸渍在呋喃功能化碳纳米管的水分散液中，进行超声辅助接枝反应，得到碳纳米管接枝碳纤维。
7、其中电化学阳极氧化处理在纤维表面引入含氧官能团(羧基和羟基等)，从而与马来酰亚胺改性水性聚氨酯上浆剂中的羟基建立化学键合。此外，上浆剂中的马来酰亚胺基团能够与功能化碳纳米管中的呋喃基形成共价键，从而获得良好的碳纳米管接枝效果。
8、在一些实施例中，采用电化学阳极氧化处理未上浆的碳纤维时，电解液为磷酸二氢铵水溶液，浓度为1～15wt.％。
9、优选的，磷酸二氢铵水溶液的浓度为3～8wt.％。
10、优选的，工作电流强度为0.1～2.0a，优选为0.2～0.8a。
11、在一些实施例中，马来酰亚胺改性水性聚氨酯上浆剂的制备工艺为：将反应单体异佛尔酮二异氰酸酯和聚己二酸-1,4-丁二醇酯、催化剂二月桂酸二丁基锡、亲水扩链剂2,2-双(羟甲基)丙酸、改性单体4-马来酰亚胺基苯酚、中和剂三乙胺按比例混合反应，最后加入去离子水进行剪切乳化，制备得到马来酰亚胺改性水性聚氨酯上浆剂。
12、优选的，反应体系中，水和有效固体组分的质量比为60:40～75:25，优选70:30。
13、优选的，异佛尔酮二异氰酸酯与聚己二酸-1,4-丁二醇酯的摩尔比为1:1～4:1，进一步优选为2:1。
14、优选的，反应体系中，2,2-双(羟甲基)丙酸的质量百分数为2～15wt.％，进一步优选为2～10wt.％，再进一步优选为3～6wt.％，具体为4wt.％。
15、优选的，反应体系中，4-马来酰亚胺基苯酚的质量分数为0.5～10wt.％，进一步优选为1～8wt.％，再进一步优选为4～8wt.％，具体为6wt.％。
16、优选的，反应温度为20～90℃。
17、在一些实施例中，呋喃功能化碳纳米管的制备方法，包括如下步骤：将羧基化碳纳米管加入γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷的无水乙醇溶液中，搅拌接枝反应，得环氧接枝碳纳米管；
18、向环氧接枝碳纳米管的水溶液中加入糠胺，混合均匀后，在60～100℃反应1～8h，经洗涤、干燥，得到呋喃功能化碳纳米管。
19、优选的，γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷的无水乙醇溶液的浓度为0.1～10g/ml，优选为1～6mg/ml。
20、优选的，羧基化碳纳米管与γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷的质量比为1:1～30，优选为1:10～20。
21、优选的，γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷的无水乙醇溶液的ph值为3～7，优选为4～6。
22、优选的，环氧接枝碳纳米管的反应温度为20～80℃，反应时间为1～5h；进一步优选的，反应温度为40～60℃，反应时间为2～4h。
23、优选的，环氧接枝碳纳米管的水溶液的浓度为0.1～10mg/ml，优选为1～5mg/ml。
24、优选的，环氧接枝碳纳米管与糠胺的质量比为1:1～30，优选为1:10～20。
25、在一些实施例中，呋喃功能化碳纳米管的反应温度为30～100℃，优选为50～70℃；
26、反应时间为1～8h，优选为2～4h。
27、在一些实施例中，马来酰亚胺改性水性聚氨酯上浆剂稀释后的浓度为0.1～5wt.％，优选为0.5～2wt.％。
28、在一些实施例中，呋喃功能化碳纳米管的水分散液的浓度为0.1～20mg/ml，优选为1～5mg/ml。
29、在一些实施例中，超声辅助接枝反应的超声功率为40～120khz，优选为40～80khz；
30、反应温度为30～90℃，优选为50～70℃。
31、第二方面，本专利技术提供一种碳纳米管接枝碳纤维，由所述制备方法制备而成。
32、上述本专利技术的一种或多种实施例取得的有益效果如下：
33、本专利技术的制备方法通过碳纤维的电化学阳极氧化处理、马来酰亚胺改性水性聚氨酯上浆剂涂覆和呋喃功能化碳纳米管接枝的连续化工艺流程实现了碳纳米管在碳纤维表面的均匀接枝，增加碳纤维的表面粗糙度，提供了与树脂基体的机械互锁作用，从而提高碳纤维增强树脂基复合材料的界面性能，还有利于构建碳纤维-上浆剂-碳纳米管-树脂间的共价键结合。
34、本专利技术提供了一种可实现连续化生产，工艺流程简单，实验条件温和，在碳纤维表面接枝碳纳米管的制备方法。该方法能够匹配当前碳纤维的工业化生产条件，并且使得碳纳米管均匀接枝在碳纤维表面。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种碳纳米管接枝碳纤维的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的碳纳米管接枝碳纤维的制备方法，其特征在于：采用电化学阳极氧化处理未上浆的碳纤维时，电解液为磷酸二氢铵水溶液，浓度为1～15wt.％；
3.根据权利要求1所述的碳纳米管接枝碳纤维的制备方法，其特征在于：工作电流强度为0.1～2.0A，优选为0.2～0.8A。
4.根据权利要求1所述的碳纳米管接枝碳纤维的制备方法，其特征在于：马来酰亚胺改性水性聚氨酯上浆剂的制备工艺为：将反应单体异佛尔酮二异氰酸酯和聚己二酸-1,4-丁二醇酯、催化剂二月桂酸二丁基锡、亲水扩链剂2,2-双(羟甲基)丙酸、改性单体4-马来酰亚胺基苯酚、中和剂三乙胺按比例混合反应，最后加入去离子水进行剪切乳化，制备得到马来酰亚胺改性水性聚氨酯上浆剂。
5.根据权利要求1所述的碳纳米管接枝碳纤维的制备方法，其特征在于：反应体系中，水和有效固体组分的质量比为60:40～75:25，优选70:30；
6.根据权利要求1所述的碳纳米管接枝碳纤维的制备方法，其特征在于：呋喃功能化碳纳米
7.根据权利要求1所述的碳纳米管接枝碳纤维的制备方法，其特征在于：呋喃功能化碳纳米管的反应温度为30～100℃，优选为50～70℃；
8.根据权利要求1所述的碳纳米管接枝碳纤维的制备方法，其特征在于：呋喃功能化碳纳米管的水分散液的浓度为0.1～20mg/mL，优选为1～5mg/mL。
9.根据权利要求1所述的碳纳米管接枝碳纤维的制备方法，其特征在于：超声辅助接枝反应的超声功率为40～120kHz，优选为40～80kHz；
10.一种碳纳米管接枝碳纤维，其特征在于：由权利要求1-9任一所述制备方法制备而成。
...【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管接枝碳纤维的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的碳纳米管接枝碳纤维的制备方法，其特征在于：采用电化学阳极氧化处理未上浆的碳纤维时，电解液为磷酸二氢铵水溶液，浓度为1～15wt.％；
3.根据权利要求1所述的碳纳米管接枝碳纤维的制备方法，其特征在于：工作电流强度为0.1～2.0a，优选为0.2～0.8a。
4.根据权利要求1所述的碳纳米管接枝碳纤维的制备方法，其特征在于：马来酰亚胺改性水性聚氨酯上浆剂的制备工艺为：将反应单体异佛尔酮二异氰酸酯和聚己二酸-1,4-丁二醇酯、催化剂二月桂酸二丁基锡、亲水扩链剂2,2-双(羟甲基)丙酸、改性单体4-马来酰亚胺基苯酚、中和剂三乙胺按比例混合反应，最后加入去离子水进行剪切乳化，制备得到马来酰亚胺改性水性聚氨酯上浆剂。
5.根据权利要求1所述的碳纳米管接枝碳纤维的制备方法，其特征在于：反应体系中，水和有效固体组分...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱波，厉承森，高学平，朱安平，乔琨，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。