本發(fā)明涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種氧化改性碳纖維增強(qiáng)的多壁碳納米管-聚碳酸酯復(fù)合材料，及其制備工藝。
背景技術(shù)：
聚碳酸酯是一種綜合性能極佳的工程塑料，但在紫外線的作用下也會(huì)逐漸發(fā)生降解，出現(xiàn)黃化現(xiàn)象，同時(shí)透光率、光澤度以及強(qiáng)度和韌性都將大幅度降低。以多壁碳納米管作為填料，聚碳酸酯作為聚合物基體，制備了具有不同填料含量的納米復(fù)合材料，主要研究多壁碳納米管對(duì)復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性等性能的影響。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種氧化改性碳纖維增強(qiáng)的多壁碳納米管-聚碳酸酯復(fù)合材料及其制備工藝，依照該工藝制備的復(fù)合材料具有良好的力學(xué)性能、高抗?jié)B透性。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題采用以下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
一種氧化改性碳纖維增強(qiáng)的多壁碳納米管-聚碳酸酯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，按以下步驟進(jìn)行：
a.超聲分散工藝：向4-6重量份聚乙烯吡咯烷酮中1:5-10加去離子水，用磁力攪拌器攪拌至完全溶解，得表面活性劑溶液；加入1-2重量份多壁碳納米管，繼續(xù)用磁力攪拌器攪拌10-20min后，置于超聲細(xì)胞破碎儀中超聲30-40min，離心20-30min，得到多壁碳納米管分散液；
b.向1-2重量份kh550中1:6-10加入去離子水，攪拌水解30-40min，加入2-3重量份羥基化碳納米管，超聲1-2h分散均勻，1:3-5加入乙醇水溶液，恒溫70-80℃水浴攪拌反應(yīng)5-6h，過(guò)濾、水洗3-5次，在80-90℃真空烘箱中干燥2-4h，得改性碳納米管；
c.向1-3重量份碳纖維中1:2-4倒入濃硝酸溶液，在60-70℃恒溫水浴下氧化處理2-3h，水洗至中性，放入80-90℃烘箱中烘干，得到表面氧化碳纖維；
d.將50-60重量份聚碳酸酯在110-120℃真空烘箱中烘干4-6h，與a、b、c中所得物料進(jìn)行預(yù)混合，混合均勻后在雙螺桿擠出機(jī)中于240-250℃熔融擠出造粒，得到復(fù)合材料。
其中，步驟a中所述離心速度為2000-3000rpm。步驟b中所述乙醇水溶液中乙醇和去離子水的體積比為3:1-2。步驟c中所述濃硝酸溶液濃度是65%~68%。步驟d中所述雙螺桿擠出機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速為40-50rpm。
本發(fā)明的反應(yīng)機(jī)理如下：
多壁碳納米管(mwcnt)具有高長(zhǎng)徑比，將其添加到聚碳酸酯(pc)中具有纖維增韌和納米填充的特性，所得復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、高體積穩(wěn)定性及高抗?jié)B透性；以非離子型表面活性劑聚乙烯吡咯烷酮(pvp)為改性劑，結(jié)合超聲分散工藝對(duì)mwcnt的分散效果好，顯著改善了復(fù)合材料的力學(xué)性能。
用硅烷偶聯(lián)劑kh550對(duì)羥基化多壁碳納米管進(jìn)行化學(xué)改性，以其為填料，以pc為聚合物基體，通過(guò)熔融混合法制備了復(fù)合材料，化學(xué)改性提高了在pc中的分散性和界面粘結(jié)強(qiáng)度。用液相氧化法對(duì)碳纖維進(jìn)行氧化處理，增強(qiáng)其浸潤(rùn)效果，提高了碳纖維的表面粗糙度，增加了碳纖維表面的活性官能團(tuán)，有利于和pc更好的復(fù)合，提高了材料的力學(xué)性能。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
實(shí)施例
一種氧化改性碳纖維增強(qiáng)的多壁碳納米管-聚碳酸酯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，按以下步驟進(jìn)行：
a.超聲分散工藝：向4kg聚乙烯吡咯烷酮中1:5加去離子水，用磁力攪拌器攪拌至完全溶解，得表面活性劑溶液；加入1kg多壁碳納米管，繼續(xù)用磁力攪拌器攪拌15min后，置于超聲細(xì)胞破碎儀中超聲35min，離心25min，得到多壁碳納米管分散液；
b.向1kgkh550中1:6加入去離子水，攪拌水解35min，加入2kg羥基化碳納米管，超聲1h分散均勻，1:3加入乙醇水溶液，恒溫70-80℃水浴攪拌反應(yīng)5h，過(guò)濾、水洗3次，在80-90℃真空烘箱中干燥4h，得改性碳納米管；
c.向1kg碳纖維中1:2倒入濃硝酸溶液，在60-70℃恒溫水浴下氧化處理3h，水洗至中性，放入80-90℃烘箱中烘干，得到表面氧化碳纖維；
d.將60kg聚碳酸酯在110-120℃真空烘箱中烘干6h，與a、b、c中所得物料進(jìn)行預(yù)混合，混合均勻后在雙螺桿擠出機(jī)中于240-250℃熔融擠出造粒，得到復(fù)合材料。
其中，步驟a中所述離心速度為2500rpm。步驟b中所述乙醇水溶液中乙醇和去離子水的體積比為3:2。步驟c中所述濃硝酸溶液濃度是65%%。步驟d中所述雙螺桿擠出機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速為45rpm。