本發(fā)明屬于復合材料，更具體地，涉及一種改性ti3c2tx?mxene增強聚甲基丙烯酸甲酯復合材料的制備方法。

背景技術：

1、相比于單一聚合物材料，聚合物基復合材料由于其多相結構之間存在的復合效應、界面效應及尺度效應帶來的高性能，具有更好的應用前景。二維類石墨烯結構納米層狀mxene具有獨特的二維層狀結構、大的比表面積、高彈性模量、優(yōu)異的力學性能和豐富的表面官能團等特性，被認為是一種聚合物基體的優(yōu)良增強體材料。與此同時，mxene卓越的金屬級導電性能等優(yōu)勢，也被認為非常適合應用在電磁屏蔽等功能性領域，其中的關鍵就是使用聚合物對具有一定的搭接結構mxene或mxene/功能體粒子復合材料進行封裝，在有效避免mxene氧化的同時還可以保證結構的合理與完整性，使阻抗匹配合理進而實現(xiàn)高效屏蔽性能。因此，mxene增強的聚合物基復合材料是設計開發(fā)與制造先進結構功能一體化材料的有效路徑。

2、然而目前mxene較為成熟的大批量制備方法是在水環(huán)境中進行的，導致表面活性官能團大都為親水型官能團，難以與疏水型聚合物浸潤，無法直接分散在疏水型聚合物中。而mxene脫水處理后再向疏水型聚合物基體中分散則易發(fā)生mxene片層團聚，不僅難以形成牢固界面，也不利于荷載在基體和增強體之間傳遞，使mxene作為增強體對復合材料的性能提升有限。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對以上不足，提供一種改性ti3c2tx?mxene增強聚甲基丙烯酸甲酯復合材料的制備方法，解決增強體ti3c2tx?mxene與甲基丙烯酸甲酯（mma）浸潤性差的問題，改善ti3c2tx?mxene在mma中的分散性；解決增強體ti3c2tx在保持結構完整與避免團聚的前提下在聚甲基丙烯酸甲酯（pmma）基體中均勻分散問題，并強化增強體ti3c2tx與pmma基體間的界面結合，提高荷載在增強體ti3c2tx與pmma基體之間的傳遞效率，提高了復合材料的力學性能；破壞過程中增強體ti3c2tx片層的拔出和引起裂紋偏轉等，強韌化pmma基復合材料，顯著提高了復合材料的斷裂韌性。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

3、本發(fā)明提供一種改性ti3c2tx?mxene增強聚甲基丙烯酸甲酯復合材料的制備方法，包括：

4、將ti3c2tx陶瓷粉體酸腐蝕后，清洗、離心，制得ti3c2tx離心沉淀混合物；

5、將kh-570溶解于乙醇水溶液，制得kh-570溶液；

6、將所述ti3c2tx離心沉淀混合物加入所述kh-570溶液中，攪拌均勻后進行超聲分層處理，實現(xiàn)對ti3c2tx的表面改性及分層；

7、對表面改性完的ti3c2tx溶液離心后，取上層溶液進行真空抽濾，得到表面改性的單層及少層ti3c2tx；

8、將所述表面改性的單層及少層ti3c2tx加入到甲基丙烯酸甲酯中，攪拌均勻后進行超聲分層處理，得到表面改性ti3c2tx的甲基丙烯酸甲酯分散液；

9、在表面改性ti3c2tx的甲基丙烯酸甲酯分散液中加入偶氮二異丁腈，混合均勻后進行本體聚合，即得。

10、優(yōu)選的，所述ti3c2tx陶瓷粉體的制備方法包括：

11、將ti、al、c粉末燒結形成ti3alc2陶瓷塊體材料，將制備陶瓷塊體材料進行研磨處理，得到ti3alc2陶瓷粉體；其中，ti、al、c粉末的摩爾比為(2.9~3.2):(?1~1.4):(?1.8~2.2)；優(yōu)選比例為3:1.2:2。

12、進一步優(yōu)選的，所述ti、al、c粉末按比例混勻后，在1300～1400℃下通過無壓燒結，然后研磨至細度為100目～1200目的ti3alc2陶瓷粉體。

13、優(yōu)選的，所述酸腐蝕包括：

14、將ti3alc2陶瓷粉體置于鹽酸與氟化鋰的混合溶液中或氫氟酸的水溶液中，在20～70℃下充分攪拌，得到腐蝕后的混合物懸濁液。

15、進一步優(yōu)選的，所述鹽酸的濃度為9～12mol/ml，鹽酸與氟化鋰的體積質(zhì)量比為（5～25）ml：（0.2～2）g；氫氟酸的水溶液中氫氟酸濃度為10～70wt.%。在上述酸溶液中加入ti3alc2陶瓷粉體混合后加入磁轉子并在20～70℃的油浴環(huán)境中攪拌12～96h。

16、進一步優(yōu)選的，用5～100ml去離子水洗滌腐蝕后的混合物懸濁液并離心，倒去上清液，重復多次至上清液ph值大于等于6；繼續(xù)使用5～100ml去離子水洗滌并離心，倒去上清液，重復3～20次，得到最終清洗完成的ti3c2tx離心沉淀混合物。

17、優(yōu)選的，所述kh-570溶液的制備方法包括：

18、將kh-570加入到的乙醇水溶液中，所述kh-570與乙醇水溶液的質(zhì)量比為1：（10~100），所述乙醇水溶液中乙醇與去離子水的質(zhì)量比為（8~10）：（2~0），優(yōu)選比例為9：1，加入乙酸調(diào)節(jié)溶液ph值至4～6，磁力攪拌2～4h，使kh-570完全水解，制得。

19、優(yōu)選的，所述ti3c2tx離心沉淀混合物與kh-570的質(zhì)量比為1：（0.5～1）。

20、優(yōu)選的，所述超聲分層處理包括：

21、在氬氣氣氛保護下超聲波分層處理1～4h，超聲過程中溫度保持在35℃以下。

22、優(yōu)選的，所述對表面改性完的ti3c2tx溶液離心的條件包括：2000～4000rpm低速離心2～8min；進一步的，除去未被完全刻蝕的ti3alc2以及未反應的ti3c2tx，取上層溶液即為表面改性的單層及少層ti3c2tx膠體溶液；對表面改性的單層及少層ti3c2tx膠體溶液真空抽濾，除去未反應完全的kh-570，得到表面改性的單層及少層ti3c2tx。

23、優(yōu)選的，所述改性ti3c2tx?mxene增強聚甲基丙烯酸甲酯復合材料中ti3c2tx?mxene的含量為0.001wt.%?～20wt.%。

24、優(yōu)選的，所述偶氮二異丁腈與表面改性ti3c2tx的甲基丙烯酸甲酯分散液的質(zhì)量比為(0.4~0.8):100。

25、優(yōu)選的，所述本體聚合包括：

26、在60～70℃水浴預聚合0.5～1h得到預聚液；

27、將所得預聚液轉移到密閉容器，在70～90℃水浴聚合12～24h,然后在90～95℃水浴聚合1～2h。

28、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果為：

29、本發(fā)明提供的改性ti3c2tx?mxene增強聚甲基丙烯酸甲酯復合材料的制備方法，工藝簡單、成本低，解決了增強體ti3c2tx在聚合物中的封裝問題，解決了增強體ti3c2tx在聚合物基體pmma中的分散性問題，并加強了增強體ti3c2tx與基體pmma間的界面結合，提高荷載在增強體ti3c2tx與基體pmma中之間的傳遞效率，材料破壞時ti3c2tx可以引起裂紋偏轉并通過層片拔出提高能量損耗而顯著提高復合材料的斷裂韌性。最終得到的復合材料拉伸性能和斷裂韌性分別提高了25.37%和87.03%；

30、本發(fā)明在保持ti3c2tx?mxene結構完好的前提下，可以高效的將ti3c2tx均分的分散至pmma基體中，同時實現(xiàn)ti3c2tx的封裝保存；

31、本發(fā)明所述方法條件易控，可以較為精確的定量單層及少層ti3c2tx的添加量，制備出不同ti3c2tx添加比例的復合材料；

32、采用本發(fā)明所述方法制備的pmma基復合材料界面結合強度高，有效的提高了荷載在基體與增強體間的傳遞效率，復合材料的力學性能優(yōu)異；破壞時ti3c2tx可以引起裂紋偏轉并通過層片拔出提高能量損耗使復合材料的斷裂韌性顯著提高。