[发明专利]一种偶联接枝石墨烯增强改性的导电型尼龙6及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种偶联接枝石墨烯增强改性的导电型尼龙6的制备方法。

背景技术

热塑性树脂复合材料具有可重复回收利用、加工成型快等优点，近些年来在复合材料领域中一直受到广泛关注。尼龙是由己内酰胺开环聚合而成的一种聚合物，是目前应用最广泛的的合成纤维之一。但传统的尼龙纤维已经不能再满足人们的需求，在这种情况下，如何开发高性能的尼龙纤维，引起人们越来越多的关注。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种偶联接枝石墨烯增强改性的导电型尼龙6的制备方法，依照该工艺制备的复合材料具有良好的导电性能、力学性能和弯曲强度。

本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：

一种偶联接枝石墨烯增强改性的导电型尼龙6的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：

a. 碳纤维清洗脱胶、液相氧化与硅烷偶联剂复合改性工艺：

向7-8重量份碳纤维中1:5-10加入丙酮，超声处理1-2h后，1:5-10加入浓硝酸，在60-70℃恒温水浴5-6h，用蒸馏水清洗至pH为中性；

向0.1-0.2重量份硅烷偶联剂KH550中1:10-20加入乙醇，混合均匀，加入上述水洗后的碳纤维，超声振荡搅拌、充分混匀，静置过夜，放入100-115℃烘箱中干燥3-4h；

b. 碳纳米管改性碳纤维及冷冻干燥工艺：

向2-3重量份羟基化碳纳米管、1-3重量份聚乙烯吡咯烷酮中加入去离子水，磁力搅拌1-2h、超声振荡1-2h混合均匀，得质量分数为0.5-1%的羟基化碳纳米管水溶液；

将上述水溶液通过真空浸渍的方法引入到a中所得碳纤维中，在零下15-20℃冷柜中冷冻5-6h后，在冷冻干燥机上冷冻干燥至真空度低于17-20Pa，然后在氩气气氛中于450-550℃热处理40-50min，得到碳纤维/碳纳米管预制体；

c. 石墨烯的混酸处理、接枝硅烷偶联剂工艺：

向6-8重量份石墨烯中1:2-3加入混酸，超声振荡1-2h，置于130-140℃恒温油浴中反应1-2h，加入等体积去离子水稀释，微孔滤膜抽滤，水洗至中性，60-70℃真空干燥完全；

向7-9重量份无水乙醇中滴加稀盐酸调pH为4-5，加入0.1-0.2重量份KH570，配成混合液；加入上述酸化石墨烯，超声振荡1-2h分散均匀，放入80-90℃恒温水浴中，磁力搅拌反应1-2h，丙酮清洗3-5次，用混合纤维多孔膜真空抽滤，无水乙醇洗涤至滤液呈中性，放入60-80℃真空干燥箱中干燥完全；

d. 增强改性尼龙6：

将70-80重量份尼龙6置于110-120℃真空烘箱中烘干，将10-15重量份增韧剂在60-70℃鼓风烘箱中烘干；

将干燥的尼龙6、增塑剂与c中所得物料混合均匀，将所得共混物从主料斗加入双螺杆挤出机中，从料口加入b中所得物料，于240-260℃共混挤出，冷却后由造粒机切成粒料。

其中，步骤a中所述浓硝酸质量分数为65-68%。步骤c中所述混酸为浓硫酸、浓硝酸3:1-2混合，浓硝酸质量分数为65-68%，浓硫酸质量分数为68-70%，稀盐酸浓度为2-4%。步骤d中所述增塑剂为三元乙丙橡胶接枝马来酸酐。

本发明的反应机理及有益效果如下：

通过冷冻干燥技术，把碳纳米管组装成连续、多孔的网络结构，将其引入到碳纤维增强的复合材料中，提高了复合材料的层间导电性能和弯曲强度；用混酸对石墨烯进行酸化处理，在其表面引入了羟基、羧基等活性基团，而丰富的含氧官能团正是尼龙接枝生长的基础；用硅烷偶联剂KH570对酸化石墨烯进行接枝改性处理后，添加到复合材料中，改性石墨烯与基体间有键合作用，降低了复合材料的电阻率，提高了复合材料的力学性能和导电性能。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例

一种偶联接枝石墨烯增强改性的导电型尼龙6的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：

a. 碳纤维清洗脱胶、液相氧化与硅烷偶联剂复合改性工艺：

向7kg碳纤维中1:10加入丙酮，超声处理1h后，1:5加入浓硝酸，在60-70℃恒温水浴5h，用蒸馏水清洗至pH为中性；