一種利用巰基-烯點(diǎn)擊反應(yīng)制備納米二氧化硅接枝碳纖維增強(qiáng)體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用巰基-烯點(diǎn)擊反應(yīng)制備納米二氧化硅接枝碳纖維增強(qiáng)體的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維是一種具有低密度、高比強(qiáng)度、高比模量、耐疲勞、導(dǎo)熱、導(dǎo)電等優(yōu)點(diǎn)的新型材料，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空、航天、文體用品以及紡織機(jī)械等領(lǐng)域。但由于碳纖維自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使得其與樹脂基體的粘結(jié)性較差，在與樹脂基體復(fù)合時界面不夠牢固，復(fù)合材料的很多優(yōu)異性能不能很好地發(fā)揮出來。因此，對碳纖維表面改性是碳纖維在聚合物基復(fù)合材料應(yīng)用中所面臨的關(guān)鍵問題。
[0003]傳統(tǒng)的碳纖維表面處理技術(shù)對設(shè)備和工藝的要求較高，且處理效果不佳。利用巰基-烯點(diǎn)擊反應(yīng)對無機(jī)材料表面進(jìn)行改性是當(dāng)前一種新的改性方法，該方法具有應(yīng)用范圍廣、產(chǎn)率高、副產(chǎn)物無害、反應(yīng)時間短等優(yōu)點(diǎn)。這種方法避免了傳統(tǒng)改性方法工藝時間長，過程有毒害，難以工業(yè)化批量生產(chǎn)等問題。通過巰基-烯點(diǎn)擊反應(yīng)將納米二氧化硅接枝到碳纖維表面后，可明顯提高碳纖維與樹脂基體之間的界面結(jié)合力，同時提高碳纖維的熱穩(wěn)定性會K。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種簡單、快速的制備納米二氧化硅接枝碳纖維增強(qiáng)體的方法，該方法的原理主要是基于巰基-烯點(diǎn)擊反應(yīng)，該反應(yīng)周期短、產(chǎn)率高，所制備的納米二氧化硅接枝碳纖維增強(qiáng)體具有表面粗糙度大、與樹脂浸潤性好、熱穩(wěn)定性能好等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明是這樣來實(shí)現(xiàn)的，納米二氧化硅接枝碳纖維增強(qiáng)體的制備方法，其特征是方法步驟為:
第一步:將Ig納米二氧化硅和0.4g去離子水加入到30?60mL乙醇中，超聲波處理60?120分鐘后加入2?4g含巰基硅烷偶聯(lián)劑，放入油浴鍋中在60?75°C回流反應(yīng)4?6小時，反應(yīng)結(jié)束后用乙醇清洗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，即可得到含疏基娃燒偶聯(lián)劑接枝納米一■氧化娃；
第二步:將5g碳纖維浸入100?160mL混酸中，超聲波處理60?120分鐘，然后移入油浴鍋中80?100°C反應(yīng)2?4小時，反應(yīng)完畢后用去離子水洗至中性，然后置于100°C真空干燥箱中干燥24小時，即得到酸處理碳纖維；
第三步:將5g酸處理碳纖維分散在150?200mL混合溶劑中，用乙酸調(diào)節(jié)pH值至4?5，超聲波處理30?60分鐘后加入10~30g含氨基硅烷偶聯(lián)劑，60 °C反應(yīng)2?4小時，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氨基硅烷偶聯(lián)劑，置于100°C真空干燥箱中干燥24小時，即可得到含氨基硅烷偶聯(lián)劑接枝碳纖維；
第四步:將2g含氨基硅烷偶聯(lián)劑接枝碳纖維分散在30?60mL乙醇中，然后加入4?8g烯丙基縮水甘油醚，室溫磁力攪拌48?72小時，用乙醇清洗4遍，然后在40 °C真空干燥箱中干燥24小時，即可得到烯丙基縮水甘油醚接枝碳纖維；
第五步:將0.4g含疏基娃燒偶聯(lián)劑接枝納米一■氧化娃和Ig稀丙基縮水甘油釀接枝碳纖維均勻分散在30?60mL的二甲基甲酰胺中，超聲波處理60?120分鐘，然后加入0.1g的光引發(fā)劑，采用波長為365 nm的紫外光照射I?2小時，然后用乙醇清洗4遍，在80°C真空干燥箱中干燥24小時，即可得到納米二氧化硅接枝碳纖維增強(qiáng)體。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]所述的混合溶劑是由無水乙醇和去離子水按體積比為4:1的比例混合而成。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)效果是:本發(fā)明提供的納米二氧化硅接枝碳纖維增強(qiáng)體具有表面粗糙度大，納米二氧化硅接枝率高，與樹脂基體粘結(jié)性好，熱穩(wěn)定性能好等優(yōu)點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0012]實(shí)施例1:
本實(shí)施例說明本發(fā)明提供的一種利用巰基-烯點(diǎn)擊反應(yīng)制備納米二氧化硅接枝碳纖維增強(qiáng)體的方法。
[0013]第一步:將Ig納米二氧化硅和0.4g去離子水加入到30mL乙醇中，超聲波處理120分鐘后加入2g含巰基硅烷偶聯(lián)劑(γ-巰丙基甲基二甲氧基硅烷)，放入油浴鍋中在70°C回流反應(yīng)5小時，反應(yīng)結(jié)束后用乙醇清洗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，即可得到含巰基硅烷偶聯(lián)劑接枝納米二氧化硅；
第二步:將5g碳纖維浸入160mL混酸中，超聲波處理60分鐘，然后移入油浴鍋中80°C反應(yīng)4小時，反應(yīng)完畢后用去離子水洗至中性，然后置于100°C真空干燥箱中干燥24小時，即得到酸處理碳纖維；
第三步:將5g酸處理碳纖維分散在180mL混合溶劑中，用乙酸調(diào)節(jié)pH值至4，超聲波處理45分鐘后加入1g含氨基硅烷偶聯(lián)劑(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)，60°C反應(yīng)3小時，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氨基硅烷偶聯(lián)劑，置于100°C真空干燥箱中干燥24小時，即可得到含氨基硅烷偶聯(lián)劑接枝碳纖維；
第四步:將2g含氨基硅烷偶聯(lián)劑接枝碳纖維分散在45mL乙醇中，然后加入4g烯丙基縮水甘油醚，室溫磁力攪拌48小時，用乙醇清洗4遍，然后在40°C真空干燥箱中干燥24小時，即可得到烯丙基縮水甘油醚接枝碳纖維；
第五步:將0.4g含疏基娃燒偶聯(lián)劑接枝納米一■氧化娃和Ig稀丙基縮水甘油釀接枝碳纖維均勻分散在30mL的二甲基甲酰胺中，超聲波處理120分鐘，然后加入0.1g的安息香雙甲醚，采用波長為365 nm的紫外光照射I小時，然后用乙醇清洗4遍，在80°C真空干燥箱中干燥24小時，即可得到納米二氧化硅接枝碳纖維增強(qiáng)體。
[0014]實(shí)施例2:
本實(shí)施例說明本發(fā)明提供的一種利用巰基-烯點(diǎn)擊反應(yīng)制備納米二氧化硅接枝碳纖維增強(qiáng)體的方法。
[0015]第一步:將Ig納米二氧化硅和0.4g去離子水加入到60mL乙醇中，超聲波處理60分鐘后加入3g含疏基娃燒偶聯(lián)劑(y _疏丙基二乙氧基娃燒)，放入油浴鍋中在75 C回流反應(yīng)6小時，反應(yīng)結(jié)束后用乙醇清洗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，即可得到含巰基硅烷偶聯(lián)劑接枝納米二氧化硅；
第二步:將5g碳纖維浸入120mL混酸中，超聲波處理90分鐘，然后移入油浴鍋中100°C反應(yīng)2小時，反應(yīng)完畢后用去離子水洗至中性，然后置于100°C真空干燥箱中干燥24小時，即得到酸處理碳纖維；