[发明专利]多孔纳米碳纤维/特种工程塑料复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及多孔纳米碳纤维/特种工程塑料复合材料及其制备方法，包括以下步骤：将聚丙烯腈、造孔剂、管状纳米埃洛石和N,N‑二甲基甲酰胺的混合，配置成纺丝液；进行静电纺丝，碳化、热碱洗、干燥，制得多孔纳米碳纤维；再进行表面酸化，制得表面酸化的多孔纳米碳纤维；浸渍在树脂基体中，制成多孔纳米碳纤维预成型体；将特种工程塑料溶于有机溶剂中，制成静电纺丝溶液，直接纺丝于多孔纳米碳纤维预成型体上，制得含有多层纳米纤维毡的多孔纳米碳纤维预成型体，铺层，制备含有纳米纤维夹芯结构的多孔纳米碳纤维/特种工程塑料预成型体，后经成型工艺固化，即可。与现有技术相比，本发明制备工艺简单，制得的复合材料具有优异的拉伸性能及弯曲性能。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种多孔纳米碳纤维/特种工程塑料复合材料及其制备方法。

背景技术

当前先进复合材料的树脂基体正向着高弯曲性能、高强度、耐高温度性的方向发展。碳纤维由于其独特的结构以及特性已被广泛地应用于复合材料中。碳纤维及其复合材料是具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电传热等优良特性的化学纤维，是具有结构材料和功能材料双重用途的新型材料，广泛用于航空航天、核工业、建材、体育用品等各个领域。

其中，纳米碳纤维（Carbon nanofibers,简称CNF）是化学气相生长碳纤维的一种形式，是通过裂解气相碳氢化合物制备的一种非连续类石墨纤维，是一种新型亚微米增强材料。其具有高强度、高弹性等特点，是制备复合材料的理想轻质增强材料，同时还具有高长径比和导电性，其热传导性在平行于轴线与垂直于轴线方向上表现出很大的不同，可用于各向异性传导材料。纳米碳纤维的直径一般在几十纳米~一微米之间，具有超高的比表面积（如直径100nm的纳米碳纤维的比表面积为1000m²/g左右）和大的孔隙率。静电纺丝是制备碳纤维的一种非常简便而高效的方法，并由于成本低廉，现已受到大家的广泛关注。但由于普通的静电纺丝法制备的碳纤维是无孔结构的碳纤维，比表面积都较低，这也大大限制了碳纤维的应用。针对这个缺陷，近年来高比表面多孔碳纤维及其制备则引起了人们广泛的研究兴趣，成为研究开发的热点。目前，关于制备含有介孔的碳纤维的方法主要是以软模板法、硬模板法或者是将PMMA、氯化铵、偶氮二甲酸二异丙酯等造孔剂加入到纺丝原液中，通过煅烧造孔为主。但是，一般通过煅烧产生的微孔由于无法浸润而无法提高材料的性能。同时，目前将多孔纳米碳纤维与特种工程塑料复合来一起制备高强度、高模量、力学性能优异的复合材料则鲜有报道。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种多孔纳米碳纤维/特种工程塑料复合材料。

本发明的另一个目的就是提供所述多孔纳米碳纤维/特种工程塑料复合材料的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

多孔纳米碳纤维/特种工程塑料复合材料的制备方法，该方法具体包括以下步骤：

步骤（1）：将聚丙烯腈、造孔剂、管状纳米埃洛石和N,N-二甲基甲酰胺的混合，配置成纺丝液；

步骤（2）：采用步骤（1）制得的纺丝液进行静电纺丝，随后碳化，再经热碱洗，干燥，即制得多孔纳米碳纤维；

步骤（3）：将步骤（2）制得的多孔纳米碳纤维分散在浓酸溶液中，待冷却后，转移至去离子水中，搅拌，离心分离，去掉上清液，并用去离子水不断清洗直至上清液pH为中性，制得表面酸化的多孔纳米碳纤维；

步骤（4）：将步骤（3）制得的表面酸化的多孔纳米碳纤维浸渍在树脂基体中，制成多孔纳米碳纤维预成型体；

步骤（5）：将特种工程塑料溶于有机溶剂中，制成静电纺丝溶液，以多孔纳米碳纤维预成型体作为静电纺丝的接收器，直接纺丝于多孔纳米碳纤维预成型体上，形成一层纳米纤维毡；