[发明专利]碳纳米管-碳纤维混合增强环氧树脂复合材料的制备方法

权利要求书

1.一种碳纳米管-碳纤维混合增强环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括按顺序进行的下列步骤：

(1)对碳纤维表面进行改性处理：将碳纤维浸渍于除杂剂中进行表面清洗，然后将清洗后的碳纤维先后浸渍在氨水和浓硝酸中进行处理，并均用去离子水清洗碳纤维多次，清洗完毕后将碳纤维放入真空干燥箱中进行真空干燥；

(2)制备含碳纳米管的上浆剂：将碳纳米管、环氧树脂溶液高速搅拌混合均匀，超声分散，得到含碳纳米管的上浆剂；

(3)制备碳纳米管-碳纤维增强体：利用步骤(2)制备的含碳纳米管的上浆剂对步骤(1)制备的表面改性后的碳纤维进行浸渍上浆，烘干，制得碳纳米管-碳纤维增强体；

(4)制备含碳纳米管增强环氧树脂基体：将碳纳米管加入到有机溶剂中并进行超声分散，再加入环氧树脂后进行强力搅拌而制成混有碳纳米管的环氧树脂，然后放入真空干燥箱中去除包裹的空气和有机溶剂，之后将固化剂加入到混有碳纳米管的环氧树脂中，搅拌均匀后得到含碳纳米管增强环氧树脂基体；

(5)制备碳纳米管-碳纤维混合增强环氧树脂复合材料:利用步骤(4)制备的尚未固化的含碳纳米管增强环氧树脂基体浸渍步骤(3)制备的碳纳米管-碳纤维增强体而制成预浸料，然后将预浸料层叠，最后热压成所述的碳纳米管-碳纤维混合增强环氧树脂复合材料。

2.根据权利要求1所述的碳纳米管-碳纤维混合增强环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述的对碳纤维表面进行改性处理的具体方法是：将碳纤维浸渍在氨水中，在25℃下刻蚀处理12～24h，然后用去离子水清洗碳纤维多次，以除去表面残留的氨水；再将氨水处理后的碳纤维浸渍在浓硝酸中，在115℃下恒温氧化5-10min，然后用去离子水清洗碳纤维多次，以除去表面残留的硝酸；最后放入真空干燥箱中，在干燥温度为80～100℃、干燥时间为3—8h的条件下进行真空干燥。

3.根据权利要求1所述的碳纳米管-碳纤维混合增强环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述的氨水和浓硝酸均为市售，分析纯级；碳纤维选用市售工业级JT300A型碳纤维。

4.根据权利要求1所述的碳纳米管-碳纤维混合增强环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述的环氧树脂选用市售工业级TGDDM树脂，环氧树脂溶液采用的溶剂为丙酮或无水乙醇，分析纯级；含碳纳米管的上浆剂中环氧树脂的质量百分比为1～2％；碳纳米管为羧基化多壁碳纳米管(MWCNTs)，管径为40—60nm，含碳纳米管的上浆剂中碳纳米管的质量百分比为0.05～0.1％；高速搅拌混合时，搅拌速度为1～6000rpm，搅拌时间为1～60min；超声分散时，超声功率为200～1200W，超声时间为1～120min，超声方式为连续式超声，分散温度为室温。

5.根据权利要求1所述的碳纳米管-碳纤维混合增强环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述的制备碳纳米管-碳纤维增强体的具体方法是：将步骤(2)制备的含碳纳米管的上浆剂加入到上浆槽中，使步骤(1)制备的表面改性后的碳纤维通过上浆槽，传送速度为0.1～5m/min，传送张力为0.1-300g，然后经过热烤灯进行预烘干并卷取，之后放入真空干燥箱中进行干燥，干燥温度为80～150℃，干燥时间为15min，由此制成所述的碳纳米管-碳纤维增强体。

6.根据权利要求1所述的碳纳米管-碳纤维混合增强环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于：在步骤(4)中，所述的含碳纳米管环氧树脂基体中环氧树脂、有机溶剂和碳纳米管的相对质量比为80～90:10～20:0.05～0.1，有机溶剂为丙酮或无水乙醇，分析纯级；超声分散时，超声功率为200～1200W，超声时间为1～120min，超声方式为连续式超声，分散温度为室温；强力搅拌时，搅拌速度为1～6000rpm，搅拌时间为1～120min；去除空气和有机溶剂的温度为80℃，时间2h；环氧树脂选用市售工业级双酚A型环氧树脂(DGEBA)，固化剂选用低分子量聚酰胺固化剂(W618)。

7.根据权利要求1所述的碳纳米管-碳纤维混合增强环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于：在步骤(5)中，所述的热压工艺为：在80℃下热压3h，然后在120℃下热压1h，热压压力为0.3MPa。