本发明专利技术涉及一种碳纳米管及功能化碳纤维增强聚酰亚胺复合材料的制备方法。本发明专利技术将碳纳米管经过羧基功能化后，在碳纳米管上引入二元胺或多元胺，将得到的氨基化的碳纳米管与羧基化的碳纤维反应，得到表面接枝有碳纳米管的碳纤维，再将表面接枝有碳纳米管的碳纤维进行后胺化处理，引入二元胺或多元胺，得到氨基化碳纤维表面接枝有碳纳米管的增强体；将碳纳米管与聚酰亚胺树脂均匀混合，再与功能化的碳纤维增强体通过一定方式复合，得到碳纳米管及功能化碳纤维增强聚酰亚胺复合材料。本发明专利技术反应步骤简单可控，利用碳纳米管的强度和韧性强韧化碳纤维，改善碳纤维与树脂基体的粘结性能，提高复合材料的界面粘结强度。本发明专利技术所得产物可以应用在机械电子、航空航天、风力发电以及交通运输等领域，极大的拓宽了聚酰亚胺的应用范围。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米材料
，具体涉及一种。
技术介绍
聚酰亚胺是综合性能非常优异的材料，是一类主链上含有酰亚胺环的高分子材料，具有非常优良的耐热性、耐低温性、耐溶剂性、自润滑性以及阻燃等特性。被广泛地应用于光伏材料、非线性光学材料，宇宙飞船、卫星或太空飞行器等的耐高温材料，航空航天、汽车、机电等方面的先进结构复合材料、电气绝缘材料、耐高温胶粘剂等，是当前微电子信息领域中最好的封装和涂覆材料之一。以聚酰亚胺作基体树脂，来制备综合性能优良的树脂基电池极板、电磁屏蔽板正成为导电复合材料研究领域的新热点。碳纳米管以其特有的力学性能、电学性能、热学性能和化学性能引起了世界各国化学、物理、材料学界人士的极大关注，在科学基础研究及应用研究中倍受青睐。碳纳米管的表面能较高，容易发生团聚，使它在聚合物中难以均勻分散。如何均勻分散碳纳米管并增强碳纳米管与基体材料界面间的结合作用，是提高复合材料各项性能的关键。碳纤维具有高比强度、高比模量、耐疲劳、抗蠕变和热膨胀系数小等一系列优异的性能，使其成为近年来最重要的增强材料之一，己广泛用于航空航天、军事工业和体育运动器材等领域。但是由于碳纤维表面惰性大、表面能低，与基体的粘结性差，复合材料界面中存在较多的缺陷，界面粘接强度低，复合材料界面性能差的缺陷。另外，碳纤维复合材料在垂直纤维方向的力学性能差，使得碳纤维复合材料层间强度低，影响了碳纤维复合材料整体性能的发挥，限制了材料在航空航天领域的应用。表面带有碳纳米管的功能化碳纤维一方面可以在界面增加机械齿合的作用，显著提高界面性能，另一方面还可以改善纤维间树脂基体的力学性能。同时经过化学修饰后的碳纳米管和碳纤维与树脂基体通过共价键连接，应力传递能力高，可以显著改善两相之间的相互作用和界面强度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种。本专利技术提出的，是将碳纳米管经过羧基化功能化后，再在碳纳米管上引入二元胺或多元胺，得到表面氨基化的碳纳米管与表面经过羧基化的碳纤维反应，控制反应时间，再将碳纤维表面进行后胺化处理，引入二元胺或多元胺，得到氨基化的碳纤维表面接枝有碳纳米管的增强体；将碳纳米管与聚酰亚胺树脂均勻混合，再与功能化的碳纤维增强体通过一定方式复合，得到碳纳米管及功能化碳纤维增强聚酰亚胺复合材料。具体步骤如下(1)称取0.1 1 X IOg干燥的碳纳米管和10 1 X IO4HIL无机酸混合，在广120kHz超声波或10 r/mirTlO6 r/min的离心速度搅拌下处理1 24小时，然后加热至20 150°C， 反应1 48小时，经去离子水稀释洗涤，微孔滤膜抽滤，反复洗涤多次至滤液为中性，在温度为25 150°C下真空干燥1 48小时，得到纯化的碳纳米管；(2)将1 1X IO2g干燥的碳纤维和强氧化性酸1 1 X IO4HiL混合，在广120kHz超声波下处理0. 1 12小时，然后加热到25 120°C，搅拌并回流反应0. 2 12小时，经去离子水洗涤，滤纸抽滤，反复洗涤多次至滤液呈中性，在25 150°C温度下真空干燥1 48小时，得到酸化的碳纤维；(3)将步骤(1)中得到的纯化碳纳米管0.1 1 X IOg和强氧化性酸1 1 X IO3HiL混合，在广120kHz超声波下处理0. 1 80小时，然后加热到25 120°C，搅拌并回流反应 1 80小时，经去离子水稀释洗涤，超微孔滤膜抽滤，反复洗涤多次至滤液呈中性，在25 200°C温度下真空干燥1 48小时，得到酸化的碳纳米管；(4)将步骤(3)所得酸化的碳纳米管0.1 lXlOg、二元胺或多元胺1 lX103g、有机溶剂1 1 X IO3HiL和缩合剂0. 1 1 X IOg混合，以广120kHz超声波处理0. 1 96小时，在25 220°C温度下反应1 96小时后，抽滤并反复洗涤，在25 200°C温度下真空干燥1 48小时，得到胺化的碳纳米管；(5)将步骤(4)所得氨基化的碳纳米管0.1 lXlOg、步骤(2)所得的酸化碳纤维 1 1 X 102g、有机溶剂1 1 X 103mL和缩合剂0. 1 1 X IOg混合，以1 120kHz超声波处理0. 1 12小时，在温度为25 220°C下反应0. 1 96小时后，往其中添加二元胺或多元胺0. 1 1 X IO2g和缩合剂O 1 X IOg再反应1 96小时，抽滤并反复洗涤，在25 200°C 温度下真空干燥1 48小时，得到的碳纤维表面接枝有氨基和碳纳米管；(6)将步骤(4)所得氨基化的碳纳米管0.1 IXlOg和1 IX IO3g聚酰亚胺树脂混合均勻，在温度为25 200°C下反应0. 1 24小时后，再与功能化的碳纤维增强体1 IXlO2g经真空模压除泡，在温度为50 400°C下反应0. 5 48小时，得到碳纳米管及功能化碳纤维增强聚酰亚胺复合材料。本专利技术中，步骤(1)中所述碳纳米管为电弧放电、化学气相沉淀、模板法、太阳能法或激光蒸发法中的任一种制备的单壁或多壁碳纳米管。本专利技术中，步骤(1)中所述无机酸为1 35%重量酸浓度的硝酸、1 55%重量酸浓度的硫酸或1 50%重量酸浓度的盐酸中任一种或其混合液。本专利技术中，步骤(2)中所述碳纤维为长纤维、纤维布或短纤维中的任一种或其多种组合。本专利技术中，步骤(2)、(3)中所述强氧化性酸均为1 70%重量酸浓度硝酸、1 100%重量酸浓度硫酸、1 / 100 100 / 1摩尔比高锰酸钾和硫酸混合溶液、1 / 100 100 / 1摩尔比硝酸和硫酸混合溶液、1 / 100 100 / 1摩尔比高锰酸钾和硝酸混合溶液、 1 / 100 100 / 1摩尔比过氧化氢和硫酸混合液、1 / 100 100 / 1摩尔比过氧化氢和盐酸混合液或1 / 100 100 / 1摩尔比过氧化氢和硝酸混合液中任一种或其多种组合。本专利技术中，步骤(4)、(5)中所述二元胺均为乙二胺、聚乙二胺、1，2_丙二胺、 1，3-丙二胺、1，2-丁二胺、1，3-丁二胺、1，6-己二胺、对苯二胺、环己二胺、间苯二胺、间苯二甲胺、二氨基二苯基甲烷、孟烷二胺、氯化己二胺、氯化壬二胺、氯化癸二胺、十二碳二元胺或十三碳二元胺中任一种；所述多元胺为三乙胺、丁三胺、N-胺乙基哌嗪、双氰胺、己二酸二酰胼、N, N- 二甲基二丙基三胺、五甲基二乙烯三胺、N, N, N, N, N-五甲基二亚乙基三胺、 四乙烯五胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、五乙烯六胺或六乙烯七胺中任一种或其多种组合。本专利技术中，步骤(4)、(5)中所述有机溶剂均为苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、丁基甲苯、全氯乙烯、三氯乙烯、乙烯基甲苯、乙烯乙二醇醚、二氯甲烷、二硫化碳、磷酸三邻甲酚、 甲醇、乙醇、异丙醇、环己烷、环己酮、甲苯环己酮、乙醚、环氧丙烷、丙酮、甲基丁酮、甲基异丁酮、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、乙腈、吡啶、氯苯、二氯苯、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烯、四氯乙烯、三氯丙烷、二氯乙烷、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二氧六环或四氢呋喃中的任一种或其多种组合。本专利技术中，步骤(4)、(5)中缩合剂均为N，N’ - 二环己基碳二亚胺、N，N’ - 二异丙基碳二亚胺或1-乙基-3- 二甲胺丙基碳二亚胺中的任一种或其多种组合。本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种碳纳米管及功能化碳纤维增强聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：（１）称取０．１～１×１０ｇ干燥的碳纳米管和１０～１×１０４ｍＬ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１～２４小时，然后加热至２０～１５０℃，反应１～４８小时，经去离子水稀释洗涤，微孔滤膜抽滤，洗涤至滤液为中性，在温度为２５～１５０℃下真空干燥１～４８小时，得到纯化的碳纳米管；（２）将１～１×１０２ｇ干燥的碳纤维和强氧化性酸１～１×１０４ｍＬ混合，在１～１２０ｋＨｚ超声波下处理０．１～１２小时，然后加热到２５～１２０℃，搅拌并回流反应０．２～１２小时，经去离子水洗涤，滤纸抽滤，洗涤至滤液呈中性，在２５～１５０℃温度下真空干燥１～４８小时，得到酸化的碳纤维；（３）将步骤（１）中得到的纯化碳纳米管０．１～１×１０ｇ和强氧化性酸１～１×１０３ｍＬ混合，在１～１２０ｋＨｚ超声波下处理０．１～８０小时，然后加热到２５～１２０℃，搅拌并回流反应１～８０小时，经去离子水稀释洗涤，超微孔滤膜抽滤，洗涤至滤液呈中性，在２５～２００℃温度下真空干燥１～４８小时，得到酸化的碳纳米管；（４）将步骤（３）所得酸化的碳纳米管０．１～１×１０ｇ、二元胺或多元胺１～１×１０３ｇ、有机溶剂１～１×１０３ｍＬ和缩合剂０．１～１×１０ｇ混合，以１～１２０ｋＨｚ超声波处理０．１～９６小时，在２５～２２０℃温度下反应１～９６小时后，抽滤并洗涤，在２５～２００℃温度下真空干燥１～４８小时，得到氨化的碳纳米管；（５）将步骤（４）所得氨基化的碳纳米管０．１～１×１０ｇ、步骤（２）所得的酸化碳纤维１～１×１０２ｇ、有机溶剂１～１×１０３ｍＬ和缩合剂０．１～１×１０ｇ混合，以１～１２０ｋＨｚ超声波处理０．１～１２小时，在温度为２５～２２０℃下反应０．１～９６小时后，往其中添加二元胺或多元胺０．１～１×１０２ｇ和缩合剂０～１×１０ｇ再反应１～９６小时，抽滤并洗涤，在２５～２００℃温度下真空干燥１～４８小时，得到的碳纤维表面接枝有氨基和碳纳米管；（６）将步骤（４）所得氨基化的碳纳米管０．１～１×１０ｇ和１～１×１０３ｇ聚酰亚胺树脂混合均匀，在温度为２５～２００℃下反应０．１～２４小时后，再与功能化的碳纤维增强体１～１×１０２ｇ经真空模压除泡，在温度为５０～４００℃下反应０．５～４８小时，得到碳纳米管及功能化碳纤维增强聚酰亚胺复合材料。...
【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管及功能化碳纤维增强聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下(1)称取0.1 1 X IOg干燥的碳纳米管和10 1 X IO4HIL无机酸混合，在广120kHz超声波或10 r/mirTlO6 r/min的离心速度搅拌下处理1 24小时，然后加热至20 150°C， 反应1 48小时，经去离子水稀释洗涤，微孔滤膜抽滤，洗涤至滤液为中性，在温度为25 150°C下真空干燥1 48小时，得到纯化的碳纳米管；(2)将1 1X IO2g干燥的碳纤维和强氧化性酸1 1 X IO4HiL混合，在广120kHz超声波下处理0. 1 12小时，然后加热到25 120°C，搅拌并回流反应0. 2 12小时，经去离子水洗涤，滤纸抽滤，洗涤至滤液呈中性，在25 150°C温度下真空干燥1 48小时，得到酸化的碳纤维；(3)将步骤(1)中得到的纯化碳纳米管0.1 1 X IOg和强氧化性酸1 1 X IO3HiL混合，在广120kHz超声波下处理0. 1 80小时，然后加热到25 120°C，搅拌并回流反应1 80小时，经去离子水稀释洗涤，超微孔滤膜抽滤，洗涤至滤液呈中性，在25 200°C温度下真空干燥1 48小时，得到酸化的碳纳米管；(4)将步骤(3)所得酸化的碳纳米管0.1 1 X 10g、二元胺或多元胺1 1 X 103g、有机溶剂1 1 X IO3HiL和缩合剂0. 1 1 X IOg混合，以广120kHz超声波处理0. 1 96小时， 在25 220°C温度下反应1 96小时后，抽滤并洗涤，在25 200°C温度下真空干燥1 48 小时，得到氨化的碳纳米管；(5)将步骤(4)所得氨基化的碳纳米管0.1 lXlOg、步骤(2)所得的酸化碳纤维 1 1 X 102g、有机溶剂1 1 X 103mL和缩合剂0. 1 1 X IOg混合，以1 120kHz超声波处理0. 1 12小时，在温度为25 220°C下反应0. 1 96小时后，往其中添加二元胺或多元胺0. 1 1 X IO2g和缩合剂0 1 X IOg再反应1 96小时，抽滤并洗涤，在25 200°C温度下真空干燥1 48小时，得到的碳纤维表面接枝有氨基和碳纳米管；(6)将步骤(4)所得氨基化的碳纳米管0.1 IXlOg和1 IX IO3g聚酰亚胺树脂混合均勻，在温度为25 200°C下反应0. 1 24小时后，再与功能化的碳纤维增强体1 IXlO2g经真空模压除泡，在温度为50 400°C下反应0. 5 48小时，得到碳纳米管及功能化碳纤维增强聚酰亚胺复合材料。2.根据权利要求1所述的碳纳米管及功能化碳纤维增强聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述碳纳米管包括化学气相沉积法、电弧放电法、太阳能法、模板法或激光蒸发法中的任一种制备的单壁或多壁碳纳米管或其以任意比例混合的混合物。3.根据权利要求1所述的碳纳米管及功能化...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱军，王宗明，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：31
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。