層包覆的碳納米管，其中去離子水與異丙醇鋁的質(zhì)量比為10:1。步驟II1:將絕緣層包覆的碳納米管研磨，均勻噴灑在連接正極的銅板上，將裁剪成一定尺寸的碳纖維/環(huán)氧樹脂預(yù)浸料連接負(fù)極，施加電壓，控制電場強(qiáng)度為25kV/cm，使碳納米管垂直取向吸附到預(yù)浸料表面，在預(yù)浸料表面呈陣列狀排列，控制靜電吸附時(shí)間為45min，碳納米管在碳纖維/環(huán)氧樹脂預(yù)浸料表面吸附層的厚度為80 μ m。
[0016]采用模壓法將碳纖維預(yù)浸料壓制成厚度為2mm的單向復(fù)合材料層合板，熱壓機(jī)壓力為lOMPa，纖維體積含量65%。未在預(yù)浸料表面吸附碳納米管時(shí)，T700碳纖維復(fù)合材料單向板的彎曲強(qiáng)度為1480MPa，90°壓縮強(qiáng)度為225MPa，Gic和Girc分別為0.25kJ/m2和
4.53kj/m2。在預(yù)浸料表面取向吸附碳納米管后，T700碳纖維復(fù)合材料單向板的彎曲強(qiáng)度為 1705MPa，90。壓縮強(qiáng)度為 265MPa, Gic 和 Gnc 分別為 0.33kJ/m2 和 5.58 kj/m2。
[0017]實(shí)施例4
組分1:乙二胺表面接枝的多壁碳納米管，采用成都中科時(shí)代納米公司生產(chǎn)的TNMC3羧基化多壁碳納米管經(jīng)酰氯化、氨基化處理得到，氨基的表面接枝率為2.5wt%，碳納米管外徑為l(T30nm，平均長度5μπι ;組分2:偏鋁酸鈉，純度彡99%，廣州慶盛化工有限公司生產(chǎn)；組分3:自制的Toray? T700-12K碳纖維/ 4,4/ 二氨基二苯甲烷四縮水甘油胺環(huán)氧樹脂的單向預(yù)浸料，所含固化劑為4，4' 二氨基二苯基砜，預(yù)浸料厚度為0.15mm，面密度為220g/m2。步驟1:將??Μ3多壁碳納米管加入異丙醇鋁中，球磨處理I小時(shí)，得到均勻的粉末狀混合物，其中異丙醇鋁與碳納米管的質(zhì)量比為10:1，球磨后碳納米管的長徑比為300。步驟II:將步驟I所得粉末狀混合物在去離子水中攪拌均勻，然后加熱至250°C，水解得到絕緣層包覆的碳納米管，其中去離子水與異丙醇鋁的質(zhì)量比為5:1。步驟II1:將絕緣層包覆的碳納米管研磨，均勻噴灑在連接正極的銅板上，將裁剪成一定尺寸的碳纖維/環(huán)氧樹脂預(yù)浸料連接負(fù)極，施加電壓，控制電場強(qiáng)度為lOkV/cm，使碳納米管垂直取向吸附到預(yù)浸料表面，在預(yù)浸料表面呈陣列狀排列，控制靜電吸附時(shí)間為15min，碳納米管在碳纖維/環(huán)氧樹脂預(yù)浸料表面吸附層的厚度為20 μ m。
[0018]采用模壓法將碳纖維預(yù)浸料壓制成厚度為2mm的單向復(fù)合材料層合板，熱壓機(jī)壓力為lOMPa，纖維體積含量65%。未在預(yù)浸料表面吸附碳納米管時(shí)，T700碳纖維復(fù)合材料單向板的彎曲強(qiáng)度為1480MPa，90°壓縮強(qiáng)度為225MPa，Gic和Girc分別為0.25kJ/m2和
4.53kj/m2。在預(yù)浸料表面取向吸附碳納米管后，T700碳纖維復(fù)合材料單向板的彎曲強(qiáng)度為 1680MPa，90。壓縮強(qiáng)度為 260MPa, Gic 和 Gnc 分別為 0.32kJ/m2 和 5.52 kj/m2。
[0019]實(shí)施例5
組分1:乙二胺表面接枝的多壁碳納米管，采用成都中科時(shí)代納米公司生產(chǎn)的TNMC3羧基化多壁碳納米管經(jīng)酰氯化、氨基化處理得到，氨基的表面接枝率為2.5wt%，碳納米管外徑為l(T30nm，平均長度5μπι ;組分2:異丙醇鋁，純度彡99%，上海新晨化工有限公司生產(chǎn)；組分3:自制的Toray? T700-12K碳纖維/ 4,4/ 二氨基二苯甲烷四縮水甘油胺環(huán)氧樹脂的單向預(yù)浸料，所含固化劑為4，4' 二氨基二苯基砜，預(yù)浸料厚度為0.15mm，面密度為220g/m2。步驟1:將??Μ3多壁碳納米管加入異丙醇鋁中，球磨處理2小時(shí)，得到均勻的粉末狀混合物，其中異丙醇鋁與碳納米管的質(zhì)量比為15:1，球磨后碳納米管的長徑比為150。步驟II:將步驟I所得粉末狀混合物在去離子水中攪拌均勻，然后加熱至250°C，水解得到絕緣層包覆的碳納米管，其中去離子水與異丙醇鋁的質(zhì)量比為7.5:1。步驟II1:將絕緣層包覆的碳納米管研磨，均勻噴灑在連接正極的銅板上，將裁剪成一定尺寸的碳纖維/環(huán)氧樹脂預(yù)浸料連接負(fù)極，施加電壓，控制電場強(qiáng)度為15kV/cm，使碳納米管垂直取向吸附到預(yù)浸料表面，在預(yù)浸料表面呈陣列狀排列，控制靜電吸附時(shí)間為30min，碳納米管在碳纖維/環(huán)氧樹脂預(yù)浸料表面吸附層的厚度為50 μ m。
[0020]采用模壓法將碳纖維預(yù)浸料壓制成厚度為2mm的單向復(fù)合材料層合板，熱壓機(jī)壓力為lOMPa，纖維體積含量65%。未在預(yù)浸料表面吸附碳納米管時(shí)，T700碳纖維復(fù)合材料單向板的彎曲強(qiáng)度為1480MPa，90°壓縮強(qiáng)度為225MPa，Gic和Girc分別為0.25kJ/m2和
4.53kj/m2。在預(yù)浸料表面取向吸附碳納米管后，T700碳纖維復(fù)合材料單向板的彎曲強(qiáng)度為 1720MPa，90。壓縮強(qiáng)度為 268MPa, Gic 和 Gnc 分別為 0.35kJ/m2 和 5.75 kj/m2。
[0021]實(shí)施例6
組分1:乙二胺表面接枝的多壁碳納米管，采用成都中科時(shí)代納米公司生產(chǎn)的TNMC3羧基化多壁碳納米管經(jīng)酰氯化、氨基化處理得到，氨基的表面接枝率為2.5wt%，碳納米管外徑為l(T30nm，平均長度5μπι ;組分2:偏鋁酸鈉，純度彡99%，廣州慶盛化工有限公司生產(chǎn)；組分3:自制的Toray? T700-12K碳纖維/ 4，4' 二氨基二苯甲烷四縮水甘油胺環(huán)氧樹脂的單向預(yù)浸料，所含固化劑為4，4' 二氨基二苯基砜，預(yù)浸料厚度為0.15mm，面密度為220g/m2。步驟1:將??Μ3多壁碳納米管加入異丙醇鋁中，球磨處理3小時(shí)，得到均勻的粉末狀混合物，其中異丙醇鋁與碳納米管的質(zhì)量比為20:1，球磨后碳納米管的長徑比為50。步驟II:將步驟I所得粉末狀混合物在去離子水中攪拌均勻，然后加熱至250°C，水解得到絕緣層包覆的碳納米管，其中去離子水與異丙醇鋁的質(zhì)量比為10:1。步驟II1:將絕緣層包覆的碳納米管研磨，均勻噴灑在連接正極的銅板上，將裁剪成一定尺寸的碳纖維/環(huán)氧樹脂預(yù)浸料連接負(fù)極，施加電壓，控制電場強(qiáng)度為25kV/cm，使碳納米管垂直取向吸附到預(yù)浸料表面，在預(yù)浸料表面呈陣列狀排列，控制靜電吸附時(shí)間為45min，碳納米管在碳纖維/環(huán)氧樹脂預(yù)浸料表面吸附層的厚度為80 μ m。
[0022]采用模壓法將碳纖維預(yù)浸料壓制成厚度為2mm的單向復(fù)合材料層合板，熱壓機(jī)壓力為lOMPa，纖維體積含量65%。未在預(yù)浸料表面吸附碳納米管時(shí)，T700碳纖維復(fù)合材料單向板的彎曲強(qiáng)度為1480MPa，90°壓縮強(qiáng)度為225MPa，Gic和Girc分別為0.25kJ/m2和
4.53kj/m2。在預(yù)浸料表面取向吸附碳納米管后，T700碳纖維復(fù)合材料單向板的彎曲強(qiáng)度為 1695MPa，90。壓縮強(qiáng)度為 270MPa, Gic 和 Gnc 分別為 0.32kJ/m2 和 5.66 kj/m2。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種絕緣層包覆碳納米管取向吸附碳纖維/環(huán)氧樹脂預(yù)浸料的制備方法，其特征在于，包括以下組分和步驟:組分1:多壁碳納米管；組分2:優(yōu)選的無機(jī)絕緣包覆材料；組分3:碳纖維/環(huán)氧樹脂預(yù)浸料；步驟1:將組分I加入組分2中，球磨處理f 3小時(shí)，得到均勻的粉末狀混合物，其中組分2與組分I的質(zhì)量比為10:廣20:1，球磨后碳納米管的長徑比控制在5(Γ300之間；步驟I1:將步驟I所得粉末狀混合物在去離子水中攪拌均勻，然后加熱至250°C，水解得到絕緣層包覆的碳納米管其中，其中去離子水與組分2的質(zhì)量比為5:f 10:1 ;步驟II1:將絕緣層包覆的碳納米管研磨，均勻噴灑在連接正極的銅板上，將裁剪成一定尺寸的碳纖維/環(huán)氧樹脂預(yù)浸料連接負(fù)極，施加電壓，控制電場強(qiáng)度為1(T25 kV/cm，使碳納米管垂直取向吸附到預(yù)浸料表面，在預(yù)浸料表面呈陣列狀排列，控制靜電吸附時(shí)間為15?45 min，得到表面吸附不同含量碳納米管的碳纖維/環(huán)氧樹脂預(yù)浸料，碳納米管吸附層的厚度為2(Γ80μπι。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種絕緣層包覆碳納米管取向吸附碳纖維/環(huán)氧樹脂預(yù)浸料的制備方法，其中，組分I中所述多壁碳納米管包括表面未經(jīng)處理的普通多壁碳納米管和表面接枝氨基的多壁碳納米管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種絕緣層包覆碳納米管取向吸附碳纖維/環(huán)氧樹脂預(yù)浸料的制備方法，其中，組分2中所述優(yōu)選的無機(jī)絕緣包覆材料為異丙醇鋁或偏鋁酸鈉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種絕緣層包覆碳納米管取向吸附碳纖維/環(huán)氧樹脂預(yù)浸料的制備方法，其中，組分3中所述碳纖維/環(huán)氧樹脂預(yù)浸料為單向預(yù)浸料。
【專利摘要】本發(fā)明屬于復(fù)合材料制備領(lǐng)域，特別涉及一種絕緣層包覆碳納米管取向吸附碳纖維/環(huán)氧樹脂預(yù)浸料的制備方法，用以層間多尺度增強(qiáng)碳纖維復(fù)合材料。本發(fā)明包括以下技術(shù)步驟。步驟I：將碳納米管加入優(yōu)選的絕緣包覆材料中，經(jīng)球磨得到均勻的粉末狀混合物；步驟Ⅱ：步驟I所得混合物在去離子水中攪拌均勻，加熱獲得絕緣層包覆的碳納米管；步驟Ⅲ：將絕緣層包覆的碳納米管均勻噴灑在連接正極的銅板上，將碳纖維預(yù)浸料連接負(fù)極，施加電壓使碳納米管垂直取向吸附到預(yù)浸料表面，控制碳納米管吸附層厚度在20~80μm。本發(fā)明工藝簡便，碳納米管在預(yù)浸料表面垂直取向，可顯著提高復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度和層間斷裂韌性，易于在實(shí)際生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。
【IPC分類】C08K7-00, C08K7-06, C08J5-24, C08K3-04, C08K9-10, C08L63-00
【公開號(hào)】CN104629069
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310555946
【發(fā)明人】隋剛, 張清杰, 楊小平, 趙新福, 鄭國棟
【申請(qǐng)人】北京化工大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2013年11月11日