一種基于點(diǎn)擊化學(xué)的碳納米管接枝碳纖維增強(qiáng)體的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于點(diǎn)擊化學(xué)的碳納米管接枝碳纖維增強(qiáng)體的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維具有優(yōu)異的力學(xué)性能，但其表面惰性大、活性低，與樹脂的浸潤性及兩相粘結(jié)性差，復(fù)合時(shí)容易在界面上形成空隙和缺陷，增強(qiáng)相與樹脂基體材料之間難以形成有效的粘結(jié)。因此，為了提高碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的性能，必須對碳纖維表面進(jìn)行整體優(yōu)化設(shè)
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[0003]碳納米管具有極高的強(qiáng)度和極大的韌性，但是，碳納米管分散性差以及無法定向排布的問題嚴(yán)重影響碳納米管在樹脂基體中的增強(qiáng)效果，使碳納米管的力學(xué)特性無法得到充分發(fā)揮。因此，將碳納米管均勻且定向地分散在聚合物基體中，是碳納米管在聚合物基復(fù)合材料應(yīng)用中所面臨的關(guān)鍵問題。
[0004]針對以上兩方面的問題，碳納米管接枝碳纖維增強(qiáng)體應(yīng)運(yùn)而生。一方面，這種增強(qiáng)體多尺度的形貌增大了纖維與樹脂基體的接觸面積，使界面機(jī)械嚙合作用加強(qiáng)；另一方面碳納米管以連接在纖維表面上的形式加入到樹脂基體中，有利于碳納米管的均勻分散及定向排布，可以充分發(fā)揮碳纖維和碳納米管各自的優(yōu)勢性能。
[0005]點(diǎn)擊化學(xué)，又稱“鏈接化學(xué)”，具有應(yīng)用范圍廣、產(chǎn)率高、副產(chǎn)物無害，反應(yīng)有很強(qiáng)的立體選擇性、反應(yīng)條件簡單、合成反應(yīng)快速的優(yōu)點(diǎn)。利用點(diǎn)擊化學(xué)制備碳納米管接枝碳纖維增強(qiáng)體，可以在溫和的反應(yīng)條件下，通過紫外光照射快速簡單的進(jìn)行反應(yīng)。這種方法避免了傳統(tǒng)CVD生長方法苛刻的制備條件和以往化學(xué)接枝中有毒害的酰氯化過程，制備過程簡單，時(shí)間非常短，穩(wěn)定性好，非常有利于在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種簡單、快速的制備碳納米管接枝碳纖維增強(qiáng)體的方法，該方法的原理主要是基于點(diǎn)擊化學(xué)的方法，反應(yīng)周期短、產(chǎn)率高，所制備的碳納米管接枝碳纖維增強(qiáng)體具有表面粗糙度大，碳納米管接枝率高，與基體粘結(jié)性好等優(yōu)點(diǎn)，可明顯改善碳纖維與樹脂基體之間的界面性能。
[0007]本發(fā)明是這樣來實(shí)現(xiàn)的，碳納米管接枝碳纖維增強(qiáng)體的制備方法，其特征是方法步驟為:
第一步:將6 g碳纖維浸入120?200 mL混酸中，超聲波處理3?5小時(shí)，然后移入油浴鍋中40?80°C回流反應(yīng)2?4小時(shí)，反應(yīng)完畢后用去離子水洗至中性，然后將碳纖維放于80 °C真空干燥箱中干燥24小時(shí)，即得到酸處理碳纖維；
第二步:將3 g酸處理碳纖維分散在100?150 mL混合溶劑中，用乙酸調(diào)節(jié)pH至4?5，超聲波處理30?60分鐘后加入40?50 g含巰基硅烷偶聯(lián)劑，室溫磁力攪拌20?40分鐘，反應(yīng)結(jié)束后用乙醇、丙酮和去離子水的混合溶液清洗3?5遍除去未接枝上的含巰基硅烷偶聯(lián)劑，置于100 °C真空干燥箱中干燥24小時(shí)，即可得到含巰基硅烷偶聯(lián)劑接枝碳纖維； 第三步:將0.3 g碳納米管加入到50?100mL質(zhì)量百分比濃度為65%的濃硝酸中，超聲波處理1?3小時(shí)后立即放入油浴鍋中在50?80 °C反應(yīng)20?50分鐘，反應(yīng)完畢后抽濾，并用去離子水洗至中性，然后在80 °C真空干燥箱中干燥24小時(shí)，即可得到酸處理碳納米管；第四步:將0.3g酸處理碳納米管加入到30?50 mL的雙氧水中，超聲波處理1?3小時(shí)后立即放入油浴鍋中在60?100 °C反應(yīng)30?60分鐘，反應(yīng)完畢后抽濾，并用去離子水清洗3-5遍，然后在100 °C真空干燥箱中干燥24小時(shí)，即可得到氧化處理碳納米管；
第五步:將0.2 g氧化處理碳納米管分散在10?30 mL混合溶劑中，用乙酸調(diào)節(jié)pH至4?5，加入1?3 g的含氨基硅烷偶聯(lián)劑，超聲波處理30?50分鐘后立即放入油浴鍋中在60?80 °C回流反應(yīng)4?6小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后用乙醇、丙酮和去離子水的混合溶液清洗3~5遍除去未接枝上的含氨基硅烷偶聯(lián)劑，置于100 °C真空干燥箱中干燥24小時(shí)，即可得到含氨基硅烷偶聯(lián)劑接枝碳納米管；
第六步:將0.2 g含氨基硅烷偶聯(lián)劑接枝碳納米管分散在20?50 mL無水乙醇中，然后加入1 g烯丙基縮水甘油醚，室溫磁力攪拌48?72小時(shí)，用無水乙醇清洗3?5遍，然后在40°C真空干燥箱中干燥24小時(shí)，即可得到烯丙基縮水甘油醚接枝碳納米管；
第七步:將3 g含巰基硅烷偶聯(lián)劑接枝碳纖維和0.2 g烯丙基縮水甘油醚接枝碳納米管均勻分散在80?140 mL溶劑中，加入0.2?0.4 g的光引發(fā)劑，采用波長為365 nm的紫外光照射1?2小時(shí)，然后用無水乙醇清洗3~5遍，在80 °C真空干燥箱中干燥24小時(shí)，即可得到碳納米管接枝碳纖維增強(qiáng)體。
[0008]所述的混酸是由質(zhì)量百分比濃度為65%的濃硝酸和質(zhì)量百分比濃度為96%的濃硫酸按體積比為3:1的比例混合而成。
[0009]所述的混合溶劑是由無水乙醇和去離子水按體積比為1:1的比例混合而成。
[0010]所述的含巰基硅烷偶聯(lián)劑為γ-巰丙基三甲氧基硅烷、γ-巰丙基甲基二甲氧基硅燒或y _疏丙基二乙氧基娃燒中的一種。
[0011]所述的含氨基硅烷偶聯(lián)劑為γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷或γ -氨丙基三甲氧基硅烷中的一種。
[0012]所述的溶劑為二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的一種。
[0013]所述的光引發(fā)劑為安息香雙甲醚或2-輕基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮中的一種。
[0014]本發(fā)明的技術(shù)效果是:反應(yīng)周期短、產(chǎn)率高，所得到的碳納米管接枝碳纖維增強(qiáng)體具有表面粗糙度大，碳納米管接枝率高，與基體粘結(jié)性好等優(yōu)點(diǎn)，可明顯改善碳纖維與樹脂基體之間的界面性能。
【具體實(shí)施方式】
[0015]實(shí)施例1:
本實(shí)施例說明本發(fā)明提供的一種基于點(diǎn)擊化學(xué)的碳納米管接枝碳纖維增強(qiáng)體的制備方法。
[0016]第一步:將6 g碳纖維浸入120 mL混酸中，超聲波處理5小時(shí)，然后移入油浴鍋中801回流反應(yīng)2小時(shí)，反應(yīng)完畢后用去離子水洗至中性，然后將碳纖維放于80 °C真空干燥箱中干燥24小時(shí)，即得到酸處理碳纖維；
第二步:將3 g酸處理碳纖維分散在100 mL混合溶劑中，用乙酸調(diào)節(jié)pH至4，超聲波處理30分鐘后加入40 g含疏基娃燒偶聯(lián)劑(y_疏丙基甲基一■甲氧基娃燒)，室溫磁力攬摔20分鐘，反應(yīng)結(jié)束后用乙醇、丙酮和去離子水的混合溶液清洗3遍除去未接枝上的含巰基硅烷偶聯(lián)劑，置于100 °C真空干燥箱中干燥24小時(shí)，即可得到含巰基硅烷偶聯(lián)劑接枝碳纖維；
第三步:將0.3 g碳納米管加入到50 mL質(zhì)量百分比濃度為65%的濃硝酸中，超聲波處理3小時(shí)后立即放入油浴鍋中在50 °C反應(yīng)50分鐘，反應(yīng)完畢后抽濾，并用去離子水洗至中性，然后在80 °C真空干燥箱中干燥24小時(shí)，即可得到酸處理碳納米管；
第四步:將0.3g酸處理碳納米管加入到30 mL的雙氧水中，超聲波處理3小時(shí)后立即放入油浴鍋中在60 °C反應(yīng)60分鐘，反應(yīng)完畢后抽濾，并用去離子水清洗3遍，然后在100 °C真空干燥箱中干燥24小時(shí)，即可得到氧化處理碳納米管；
第五步:將0.2 g氧化處理碳納米管分散在10 mL混合溶劑中，用乙酸調(diào)節(jié)pH至4，加入1g的含氨基硅烷偶聯(lián)劑(γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷)，超聲波處理30分鐘后立即放入油浴鍋中在60 1回流反應(yīng)6小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后用乙醇、丙酮和去離子水的混合溶液清洗3遍除去未接枝上的含氨基硅烷偶聯(lián)劑，置于100 °C真空干燥箱中干燥24小時(shí)，即可得到含氨基硅燒偶聯(lián)劑接枝碳納米管；
第六步:將0.2 g含氨基硅烷偶聯(lián)劑接枝碳納米管分散在20 mL無水乙醇中，然后加入1g烯丙基縮水甘油醚，室溫磁力攪拌48小時(shí)，用無水乙醇清洗3遍，然后在40°C真空干燥箱中干燥24小時(shí)，即可得到烯丙基縮水甘油醚接枝碳納米管；
第七步:將3 g含巰基硅烷偶聯(lián)劑接枝碳纖維和0.2 g烯丙基縮水甘油醚接枝碳納米管均勻分散在80 mL二甲基甲酰胺中，加入0.2g的安息香雙甲醚，采用波長為365 nm的紫外光照射1小時(shí)，然后用無水乙醇清洗3遍，在80 °C真空干燥箱中干燥24小時(shí)，即可得到碳納米管接枝碳纖維增強(qiáng)體。
[0017]實(shí)施例2:
本實(shí)施例說明本發(fā)明提供的一種基于點(diǎn)擊化學(xué)的碳納米管接枝碳纖維增強(qiáng)體的制備方法。
[0018]第一步:將6 g碳纖維浸入200 mL混酸中，超聲波處理3小時(shí)，然后移入油浴鍋中401回流反應(yīng)4小時(shí)，反應(yīng)完畢后用去離子水洗至中性，然后將碳纖維放于80 °C真空干燥箱中干燥24小時(shí)，即得到酸處理碳纖維；
第二步:將3 g酸處理碳纖維分散在150 mL混合溶劑中，用乙酸調(diào)節(jié)pH至4，超聲波處理60分鐘后加入50 g含疏基娃燒偶聯(lián)劑(y _疏丙基二甲氧基娃燒)，室溫磁力攬摔40分鐘，反應(yīng)結(jié)束后用乙醇、丙酮和去離子水的混合溶液清洗4遍除去未接枝上的含巰基硅烷偶聯(lián)劑，置于100 °C真空干燥箱中干燥24小時(shí)，即可得到含巰基硅烷偶聯(lián)劑接枝碳纖維；
第三步:將0.3 g碳納米管加入到100 mL質(zhì)