專利名稱：一種改性碳納米管/尼龍復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域，特別涉及一種改性碳納米管/尼龍復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
碳納米管被認(rèn)為是復(fù)合材料的理想增強體，可以提高復(fù)合材料的韌性，強度以及導(dǎo)電性等，具有重大的研究價值。但是，由于碳納米管的比表面積和表面能比較大，使得碳納米管很容易團(tuán)聚，影響了碳納米管在基體中的分散。而且碳納米管表面光滑，呈非極性， 不溶于一般的有機溶劑，與所有的聚合物都不相容，使得復(fù)合材料的界面作用不強，因此， 需要先將碳納米管改性，再與聚合物復(fù)合，可以獲得一種性能優(yōu)異的復(fù)合材料。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種改性碳納米管/尼龍復(fù)合材料，解決了現(xiàn)有技術(shù)中碳納米管在聚合物中的分散及碳納米管與聚合物基體的界面結(jié)合力問題，獲得一種力學(xué)性能優(yōu)異的復(fù)合材料。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的改性碳納米管，多壁碳納米管，乙二胺，氯化亞砜，濃硝酸，濃硫酸，四氫呋喃，蒸餾水，無水乙醇，尼龍1212。
本發(fā)明的有益效果是
(I)本發(fā)明獲得了一種改性碳納米管，解決了碳納米管在聚合物中的分散及與聚合物基體的界面結(jié)合力問題。
(2)本發(fā)明獲得了一種力學(xué)性能優(yōu)異的改性碳納米管/尼龍復(fù)合材料。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明改性碳納米管/尼龍1212的生產(chǎn)工藝流程圖。
具體實施方式
本發(fā)明 經(jīng)過廣泛而深入的研究，通過采用被乙二胺改性的多壁碳納米管與尼龍 1212復(fù)合，生產(chǎn)出一種改性碳納米管/尼龍1212的復(fù)合材料，從而完成本發(fā)明。圖1為本發(fā)明改性碳納米管/尼龍1212的生產(chǎn)工藝流程圖，步驟10:混酸(濃硫酸濃硝酸=3 I) 對多壁碳納米管進(jìn)行酸切割；步驟20 :酸切割碳納米管與氯化亞砜反應(yīng)，使碳納米管表面的羧基轉(zhuǎn)化為酰氯；步驟30:取定量的乙二胺與碳管，2 I的比例，對碳管進(jìn)行接枝反應(yīng)； 步驟40 :接枝反應(yīng)后,獲得改性碳納米管；步驟50 :改性碳納米管與尼龍1212在Brabender 流變儀上熔融共混；步驟60 :共混物一部分剪碎干燥后，在XNR-400A型熔體流動速率儀擠出成絲，在擠出過程中，邊牽引尼龍1212復(fù)合材料，得到改性碳納米管/尼龍1212復(fù)合材料
多壁碳納米管
碳納米管的獨特結(jié)構(gòu)決定了它具有許多特殊的物理和化學(xué)性質(zhì)。組成碳納米管的 C = C共價鍵是自然界最穩(wěn)定的化學(xué)鍵，所以使得碳納米管具有非常優(yōu)異的力學(xué)性能。碳納米管的機械性能及其小的直徑和大的長徑比將會給碳納米管復(fù)合材料帶來更好的增強效果O
本發(fā)明使用的多壁碳納米管，采用了 CVD法生產(chǎn)。
優(yōu)選地，所述的多壁碳納米管平均直徑小于8nm，長度10 30m，純度大于95% (通過稀硝酸純化)。
改性碳納米管
稱取5g原始多壁碳納米管(p-MWNTs)，置于300ml的混酸(濃硫酸濃硝酸= 3 I)中50°C回流4h，然后真空抽濾，將得到的黑色固體反復(fù)用蒸餾水沖洗過濾，直至濾液PH值接近中性為止，得到酸切割碳納米管(a-MWNTs)，將得到的產(chǎn)物置于80°C真空干燥箱中干燥24h，得到酸切割后的改性碳納米管；將酸切割后的碳納米管與氯化亞砜反應(yīng)回流24h，將碳納米管表面的羧基轉(zhuǎn)換為酰氯。之后用四氫呋喃沖洗去氯化亞砜后，于室溫下真空干燥24h。量取適量乙二胺與碳管，按2 I比例于130-140°C回流反應(yīng)24h后冷卻至室溫。將反應(yīng)產(chǎn)物濾出后用乙醇洗滌干燥，得到乙二胺功能改性的碳納米管(MWNTs-EDA)。
尼龍1212
聚酰胺纖維俗稱尼龍(Nylon),英文名稱Polyamide (簡稱PA),密度1. 15g/cm3 ；, 是分子主鏈上含有重復(fù)酰胺基團(tuán)-[NHCO]-的熱塑性樹脂總稱。PA具有良好的綜合性能， 包括力學(xué)性能、耐熱性、耐磨損性、耐化學(xué)藥品性和自潤滑性，且摩擦系數(shù)低，有一定的阻燃性，易于加工，適于用玻璃纖維和其它填料填充增強改性，提高性能和擴大應(yīng)用范圍。
其他組分氯化·亞砜，濃硝酸，濃硫酸，四氫呋喃，蒸餾水，無水乙醇，均為市售原料。
下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照國家標(biāo)準(zhǔn)測定。若沒有相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)，則按照通用的國際標(biāo)準(zhǔn)、常規(guī)條件、 或按照制造廠商所建議的條件進(jìn)行。除非另外說明，否則所有的份數(shù)為重量份，所有的百分比為重量百分比，所述的聚合物分子量為數(shù)均分子量。
除非另有定義或說明，本文中所使用的所有專業(yè)與科學(xué)用語與本領(lǐng)域技術(shù)熟練人員所熟悉的意義相同。此外任何與所記載內(nèi)容相似或均等的方法及材料皆可應(yīng)用于本發(fā)明方法中。
改性碳納米管與尼龍1212的復(fù)合過程如下
將改性碳納米管、原始碳納米管與尼龍1212在Brabender流變儀上熔融共混。熔融共混條件
共混溫度210°C進(jìn)行熔融共混；
螺桿轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/min ；
熔融共混時間10min。
將得到的共混物一部分剪碎干燥后，在XNR-400A型熔體流動速率儀擠出成絲，在擠出過程中，邊牽引尼龍1212復(fù)合材料，得到熱牽引后復(fù)合材料，牽引比可以通過橫截面積求得；另一部分，通過模壓成型，裁得標(biāo)準(zhǔn)試樣，測試?yán)鞆姸燃皵嗔焉扉L率，拉伸速度為 50mm/min。同時，通過控制拉伸長度，得到常溫牽引試樣，牽引比可以通過橫截面積變化求得。
通過實驗發(fā)現(xiàn)，原始碳納米管與尼龍1212復(fù)合材料在熔融共混時，隨著碳納米管含量的增加，體系的扭矩開始急劇增加，到O. 5份后變化較少，而改性碳納米管，由于碳納米管含有與尼龍相同的氨基基團(tuán)，使得改性后的碳納米管與尼龍的相容性得到很大提高， 體系的扭矩隨著碳納米管含量的增加基本不發(fā)生變化，碳納米管與尼龍的分散性能必能得到提到。
通過力學(xué)性能分析，雖然胺化處理可以改善碳納米管與尼龍1212之間的相容性， 但是改善的程度有限，因此隨著碳納米管含量的提高，團(tuán)聚程度增加，界面的不相容性增加，因此材料的強度又隨之下降；而斷裂伸長率，逐漸下降的，說明碳納米管的加入，不論量多少，都是會降低復(fù)合材料體系的相容性。對于原始碳納米管，發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的拉伸強度不是很穩(wěn)定，當(dāng)加入量較少時，對拉伸強度影響不是很大，當(dāng)加入量增加時，拉伸強度和斷裂伸長率下降較明顯，主要是原始碳納米管與尼龍1212基體相容性不好，導(dǎo)致整體性能下降。同時也說明，改性碳納米管才能對復(fù)合材料的力學(xué)性能有明顯提高。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)`明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種改性碳納米管/尼龍復(fù)合材料，其特征在于，所述組合物組分包括以下組分改性碳納米管，乙二胺，氯化亞砜，濃硝酸，濃硫酸，四氫呋喃，蒸餾水，無水乙醇，尼龍1212。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性碳納米管/尼龍復(fù)合材料，其特征在于，尼龍1212熔點 170。。-176。。;粒度分布=80-250 目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性碳納米管/尼龍復(fù)合材料，其特征在于，改性碳納米管包括含有以下組分多壁碳納米管，乙二胺，氯化亞砜，濃硝酸，濃硫酸，四氫呋喃，蒸餾水， 無水乙醇。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的改性碳納米管/尼龍復(fù)合材料，其特征在于，改性碳納米管是經(jīng)過多壁碳納米管與乙二胺接枝而被改性的。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的改性碳納米管/尼龍復(fù)合材料，其特征在于，管徑10-30nm， 純度> 90%。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種改性碳納米管/尼龍復(fù)合材料，所述組合物組分包括以下組分多壁碳納米管，乙二胺，氯化亞砜，濃硝酸，濃硫酸，四氫呋喃，蒸餾水，無水乙醇，尼龍1212。還提供了所述改性碳納米管的合成方法及改性碳納米管/尼龍復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝，獲得一種性能優(yōu)異的碳納米管/尼龍復(fù)合材料。
文檔編號C08K3/04GK103044914SQ20121059436
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月10日
發(fā)明者張勇, 朱春林, 鄭典君, 王莉 申請人:青島寶麗曼高分子材料研究院有限公司