[发明专利]一种功能化玻璃纤维多尺度增强体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米技术领域，具体涉及一种功能化玻璃纤维多尺度增强体的制备方法。

背景技术

玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，具有绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高等优点。它是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的，其单丝的直径为几个微米到二十几米个微米，相当于一根头发丝的 1/20-1/5 ，每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。玻璃纤维通常用作复合材料中的增强材料，电绝缘材料和绝热保温材料，电路基板等国民经济各个领域。

碳纳米管(CNTs)分为单壁(SWCNT)和多壁(MWCNT)纳米管。CNTs独特的结构使其具有超高的强度、极大的韧性、独特的导电、导热等优异性能，用作增强剂可极大地改善复合材料的力学性能。据报道，理论估算SWNTs的杨氏模量可高达5TPa，实验测得MWNTs的杨氏模量平均为1.8TPa，弯曲强度为14.2GPa，强度比钢高100倍，比重只有钢的1/6~ 1/7；CNTs的电导率高达1000S/cm~2000S/cm，并能够通过大的电流密度106A/cm2；在973K以下空气中基本不发生变化，具有良好的化学和热稳定性。既可作为高性能复合材料的增强剂(增强橡胶、塑料、陶瓷、金属等)，又可作为高附加值的功能性材料(催化剂载体、电子元件、电磁屏蔽材料、储能材料、吸附材料等)，被认为是极有发展前途的高性能、高附加值的“超级纤维”。

发明内容

本发明的目的在于提供一种功能化玻璃纤维多尺度增强体的制备方法。

本发明提出的一种功能化玻璃纤维多尺度增强体的制备方法，是经过纯化，羧基化，酰化后，将酰化的碳纳米管与带有活性氨基的偶联剂溶液反应，得到碳纳米管表面接枝有偶联剂，再将表面接枝有偶联剂的碳纳米管与玻璃纤维反应，得到功能化玻璃纤维多尺度增强体。具体步骤如下：

(1)称取0.1～1×10g干燥的碳纳米管和10～1×10⁴mL无机酸混合，在1~120kHz超声波或10 r/min~10⁶ r/min的离心速度搅拌下处理0.1～24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，洗涤至滤液呈中性，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超声波或10 r/min~10⁶ r/min的离心速度搅拌下处理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，洗涤至滤液呈中性，在25～200℃温度下真空干燥1～48小时，得到酸化的碳纳米管；

(3)将步骤(2)所得酸化的碳纳米管0.1～1×10g与酰化试剂1～1×10⁴g混合，以1~120kHz超声波或10 r/min~10⁶ r/min的离心速度搅拌下处理0.1~80小时后，加热到25～220℃，搅拌并回流反应0.5～100小时，抽滤并洗涤除去酰化试剂及副产物，得到酰化的碳纳米管；

(4)将步骤(3)所得酰化的碳纳米管0.1～1×10g与1～1×10³mL的偶联剂混合，以1~120kHz超声波或10 r/min~10⁶ r/min的离心速度搅拌下处理0.1~80小时后，在5~200℃温度下反应0.5～48小时，过滤并洗涤，在25~200℃温度下真空干燥0.1～48小时，得到碳纳米管表面接枝有偶联剂；

(5)将步骤(4)所得表面接枝有偶联剂的碳纳米管0.1～1×10g和1～1×10³mL有机溶剂混合，以1~120kHz超声波或搅拌处理1分钟～24小时，使表面接枝有偶联剂的碳纳米管均匀分散在有机溶剂中，在5～150℃温度下，加入干燥的玻璃纤维1～1×10³g，反应1分钟～96小时后，过滤并洗涤，在25~200℃温度下真空干燥0.1～48小时，得到功能化玻璃纤维多尺度增强体。

本发明中，步骤(1)中所述碳纳米管为电弧放电、化学气相沉淀、模板法、太阳能法或激光蒸发法中的任一种制备的单壁或多壁碳纳米管或以其任意比例混合的混合物。

本发明中，步骤(1)中所述酸为1～35％重量酸浓度的硝酸、1～55％重量酸浓度的硫酸或1～50％重量酸浓度的盐酸中任一种或其多种混合液。