[发明专利]石墨及功能化碳纤维改性双马来酰亚胺树脂复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种石墨及功能化碳纤维改性双马来酰亚胺树脂复合材料的制备方法。

背景技术

高聚物复合材料具有化学性质稳定、抗腐蚀能力强、消声减震效果显著、维修保养方便等优点，作为摩擦件已广泛应用于机械工业。双马来酰亚胺作为一种先进复合材料的树脂基体，耐热性好、强度高、较高的弹性模量、合适的硬度、与无机物粘结性能好等优点。双马来酰亚胺是一种新型耐热级热固性树脂，其较之现有酚醛树脂有更高的耐热性，可在200℃左右连续使用，而且在成型中无低分子挥发物，工艺简单。虽然双马来酰亚胺树脂具有一定的耐磨性，但仍然存在摩擦系数不稳定、随时间下降的现象，而且与对偶材料发生较严重的粘着磨损。为了改善其摩擦磨损性能，，需选择其他改性材料作为摩擦调节剂。

碳纤维具有十分优异的力学性能，同时具有良好的耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、低热膨胀系数、导电性、电磁屏蔽性等，已经广泛应用于航空航天、汽车、电子电气等领域。但是由于碳纤维表面惰性大、表面能低，有化学活性的官能团少，反应活性低，与基体的粘结性差，复合材料界面中存在较多的缺陷，界面粘接强度低，复合材料界面性能差的缺陷。影响了碳纤维复合材料整体性能的发挥，限制了材料在航空航天领域的应用。石墨作为一种常用的固体润滑剂，常用于降低聚合物的摩擦系数和磨损率，特别是近年来，纳米材料的发展，为改善高聚物摩擦学性能提供了新的途径，已引起研究者的广泛关注。碳纳米管作为新型管状增强材料，其强度是钢的100倍，杨氏模量约为钢的5倍，而密度只有钢的1/6，并具有较好的耐高温、耐腐蚀、耐摩擦等特性。碳纳米管以其独特的结构和优异物理化学性能，很快引起许多科学家的极大关注，并迅速通过与聚合物复合制备各种复合功能材料。

利用功能化的碳纤维改善碳纤维与双马来酰亚胺树脂之间的界面性能，以石墨优异的耐摩擦性能改性双马来酰亚胺树脂，制备石墨及功能化碳纤维改性双马来酰亚胺树脂复合材料，可以预见其前景将是非常广阔的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种界面粘结牢固的石墨及功能化碳纤维改性双马来酰亚胺树脂复合材料的制备方法。

本发明将碳纳米管经过羧基化功能化后，再在碳纳米管上引入二元胺或多元胺，得到表面胺基化的碳纳米管。将胺基化的碳纳米管与表面经过羧基化的碳纤维反应，得到胺基化的碳纤维表面接枝有碳纳米管，再在碳纤维表面引入二元胺或多元胺，使碳纤维表面未完全与胺基化的碳纳米管反应的羧基充分胺基化，再将碳纤维与双马来酰亚胺预聚合反应，得到功能化的碳纤维表面接枝有双马来酰亚胺树脂的增强体。将石墨与双马来酰亚胺树脂复合，获得石墨改性的双马来酰亚胺树脂的基体。最后将以上得到的功能化碳纤维表面接枝有双马来酰亚胺树脂的增强体与石墨改性的双马来酰亚胺树脂的基体通过一定方式复合，得到石墨及功能化碳纤维改性双马来酰亚胺树脂复合材料。

其具体步骤如下：

(1)称取0.1～1×10g干燥的碳纳米管和10～1×10⁴mL有机酸混合，在1~120kHz超声波或10 r/min~10⁶ r/min的离心速度搅拌下处理1～24小时，然后加热至20～150℃，反应1～48小时，经去离子水稀释洗涤，微孔滤膜抽滤，反复洗涤多次至滤液为中性，在温度为25～150℃下真空干燥1～48小时，得到纯化的碳纳米管；

(2)将1～1×10²g干燥的碳纤维和强氧化性酸1～1×10⁴mL混合，在1~120kHz超声波下处理0.1～12小时，然后加热到25～120℃，搅拌并回流反应0.2～12小时，经去离子水洗涤，滤纸抽滤，反复洗涤多次至滤液呈中性，在25～150℃温度下真空干燥1～48小时，得到酸化的碳纤维；

(3)将步骤(1)中得到的纯化碳纳米管0.1～1×10g和强氧化性酸1～1×10³mL混合，在1~120kHz超声波下处理0.1～80小时，然后加热到25～120℃，搅拌并回流反应1～80小时，经去离子水稀释洗涤，超微孔滤膜抽滤，反复洗涤多次至滤液呈中性，在25～200℃温度下真空干燥1～48小时，得到酸化的碳纳米管；