批量生產(chǎn)cnt/cf混雜纖維的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種纖維的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料由于具有高比強度、比剛度，各向異性、結(jié)構(gòu)與功能的 可設(shè)計性、耐疲勞、耐腐蝕、材料/結(jié)構(gòu)便于一次成型以及結(jié)構(gòu)/功能可以實現(xiàn)一體化等優(yōu) 點，被廣泛地應(yīng)用在航空航天、電力輸送、風(fēng)電設(shè)備、軌道交通、土木工程等領(lǐng)域。而CF/EP 復(fù)合材料由于其優(yōu)異的力學(xué)強度和良好的加工性，成為碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料家族中 最重要的成員之一。然而，由于碳纖維表面活性官能團較少，其與環(huán)氧樹脂之間的結(jié)合力量 較弱，嚴重地阻礙了 CF/EP復(fù)合材料優(yōu)異力學(xué)性能的發(fā)揮，這就有必要對復(fù)合材料的界面 進行設(shè)計和處理。
[0003] 碳纖維非常脆，在生產(chǎn)和加工過程中受摩擦力的作用很容易產(chǎn)生毛絲和單絲斷 裂，這將大大降低碳纖維的強度，因此工業(yè)上碳纖維出產(chǎn)前均需經(jīng)過上漿過程。碳納米管 由于具有優(yōu)異的力學(xué)強度而被廣泛地用做纖維/樹脂層間增強材料，同時當(dāng)復(fù)合材料受到 外力作用時界面的碳納米管能改變裂紋的擴展路徑和吸收應(yīng)力，故也能提高復(fù)合材料的韌 性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了解決由于碳纖維表面活性官能團少，其與環(huán)氧樹脂之間的結(jié) 合力量較弱，復(fù)合材料力學(xué)性能的發(fā)揮的技術(shù)問題，提供了一種批量生產(chǎn)CNT/CF混雜纖維 的方法。
[0005] 批量生產(chǎn)CNT/CF混雜纖維的方法按照以下步驟進行：
[0006] -、含碳納米管上漿劑的制備：
[0007] 取胺化碳納米管加入有機溶劑中，超聲，加入環(huán)氧樹脂攪拌均勻后，繼續(xù)超聲，即 得含胺化碳納米管環(huán)氧上漿劑；
[0008] 其中環(huán)氧樹脂、胺化碳納米管與有機溶劑質(zhì)量比為（0.5~1.5):(0.01~ 1) : (97. 5 ~99. 49);
[0009] 二、碳纖維的上漿處理：
[0010] 將含胺化碳納米管環(huán)氧上漿劑倒入上漿槽中，進行上漿處理，然后烘干，收卷，即 得CNT/CF混雜纖維。
[0011] 步驟一中所述的溶劑為丙酮、四氫呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、 N-甲基-2-吡咯烷酮和六甲基磷酰胺中的一種或其中幾種的混合物。
[0012] 步驟一中所述環(huán)氧樹脂為TDE-85、E-51及AG-80的一種或其中幾種的混合物。
[0013] 步驟一中的兩段超聲的時間為1~10h。
[0014] 步驟二中上漿處理的速率為15m/h~150m/h。
[0015] 步驟二中烘干在90~180°C處理1~20min。
[0016] 步驟一中所述HN03的質(zhì)量濃度為68%。
[0017] 步驟一中所述H2S04的質(zhì)量濃度為98%。
[0018] 步驟一中用G5砂芯漏斗抽濾。
[0019] 步驟一中真空干燥溫度為110°C。
[0020] 本發(fā)明的有益效果是：
[0021] 1、本發(fā)明通過利用強氧化性溶液處理碳納米管，使其表面帶有羧基官能團，能改 善其在溶劑中的分散性。采用高效的催化劑，使得羧基化碳納米管可以和二元或多元胺在 溫和的條件下迅速地反應(yīng)，從而得到了胺化碳納米管，能進一步提高它在溶劑中的分散性， 且與環(huán)氧樹脂形成很好的相容性。
[0022] 2、本發(fā)明將胺化碳納米管和上漿劑一起通過超聲作用分散在溶劑中，能大幅度提 高碳納米管在溶劑中的分散性，TEM測試圖片顯示碳納米管在上漿劑中均勻分散，混雜纖維 的SEM測試結(jié)果顯示碳納米管基本以單根形式密集且均勻地吸附在纖維表面。
[0023] 3、本發(fā)明用制備的CNT/CF混雜纖維做成單絲復(fù)合材料，其界面剪切強度高達 80. 06MPa，比未上漿的碳纖維復(fù)合材料的界面剪切強度提高了 77.01%。
[0024] 本發(fā)明巧妙地將經(jīng)過胺化碳納米管與環(huán)氧樹脂做成上漿劑，用此上漿劑上漿碳纖 維，既能起到保護纖維又能同時提高樹脂/纖維之間的界面強度和韌性。
【附圖說明】
[0025]圖1是實驗一中胺化碳納米管分散在含胺化碳納米管環(huán)氧上漿劑中的TEM圖；
[0026] 圖2是實驗一中未上漿的碳纖維SEM圖；
[0027] 圖3是實驗一中上漿的碳纖維SEM圖；
[0028] 圖4是實驗一中未上漿的碳纖維的界面剪切強度曲線；
[0029] 圖5是實驗一中上漿的碳纖維的界面剪切強度曲線；
[0030] 圖6是實驗一中未上漿的碳纖維的界面剪切強度測試結(jié)果擬合圖；
[0031] 圖7是實驗一中上漿的碳纖維的界面剪切強度測試結(jié)果擬合圖；
[0032] 圖8是實驗一中所得CNT/CF混雜纖維微脫粘測試后的SEM圖；
[0033] 圖9是圖8中1的局部放大圖；
[0034] 圖10是圖8中2的局部放大圖。
【具體實施方式】
[0035] 本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】間的 任意組合。
【具體實施方式】 [0036] 一：本實施方式批量生產(chǎn)CNT/CF混雜纖維的方法按照以下步驟進 行：
[0037] -、含碳納米管上漿劑的制備：
[0038] 取胺化碳納米管加入有機溶劑中，超聲，加入環(huán)氧樹脂攪拌均勻后，繼續(xù)超聲，BP 得含胺化碳納米管環(huán)氧上漿劑；
[0039] 其中環(huán)氧樹脂、胺化碳納米管與有機溶劑質(zhì)量比為1 :0. 03 :98. 97;
[0040] 二、碳纖維的上漿處理：
[0041] 將含胺化碳納米管環(huán)氧上漿劑倒入上漿槽中，進行上漿處理，然后烘干，收卷，即 得CNT/CF混雜纖維。
[0042] 碳納米管的胺化：
[0043] 將600mg MWCNT，加入到120ml圓03和360ml 1^04的混合溶液中，超聲半小時，然 后置于90°C的水浴中回流反應(yīng)4h，室溫冷卻后再滴入400ml的去離子水稀釋，抽濾并用去 離子水洗滌多次直到濾液呈中性，濾渣在真空干燥3h，即制得酸化碳納米管；
[0044] 將lOOmg酸化碳納米管加入到30mlN，N-二甲基甲酰胺中，在功率為100w、頻率為 80KHz的水浴超聲儀中超聲lh，然后加入200mg 2-(7-偶氮苯并三氮唑）-^^四甲基 脲六氟磷酸酯和200mg二異丙基乙胺，攪拌均勻后繼續(xù)水浴超聲lh，加入0. 3g聚乙烯亞胺， 攪拌均勻后在130°C的條件下反應(yīng)6h，然后真空抽濾，用甲醇洗滌并抽濾，將濾渣在下真空 干燥3h，即得胺化碳納米管；
【具體實施方式】 [0045] 二：本實施方式與一不同的是步驟一中所述的溶劑為 丙酮、四氫呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮和六甲基磷 酰胺中的一種或其中幾種的混合物。其它與一相同。
[0046] 本實施方式中所述溶劑為混合物各成分間為任意比。
【具體實施方式】 [0047] 三：本實施方式與一或二之一不同的是步驟一中所述 環(huán)氧樹脂為TDE-85、E-51及AG-80的一種或其中幾種的混合物。其它與一或 二之一相同。
[0048] 本實施方式中所述的環(huán)氧樹脂為混合物時，各成分間為任意比。
【具體實施方式】 [0049] 四：本實施方式與一至三之一不同的是步驟一中的兩 段超聲的時間為1~l〇h。其它與一至三之一相同。
【具體實施方式】 [0050] 五：本實施方式與一至四之一不同的是步驟二中上漿 處理的速率為15m/h~