[发明专利]碳纳米管增强碳纤维热塑性树脂基复合材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种碳纳米管增强碳纤维热塑性树脂基复合材料的制备方法，包括配置碳纳米管电泳悬浮液；于碳纤维表面生长碳纳米管；将制备好的所述碳纳米管电泳悬浮液置于电解槽中，使用不锈钢板作为阳极，剪裁好的碳纤维布作为阴极，进行碳纤维表面的碳纳米管电泳沉积；将电泳沉积后所得到的碳纤维布置于烘箱内干燥80‑120min；将热塑性树脂与干燥后的碳纤维布加热置于模具内热压成型。本发明在碳纤维表面生长碳纳米管，有效实现了碳纳米管的均匀分散，通过碳纳米管的引入显著增加了纤维与树脂的相互作用面积，提高了纤维与树脂的界面结合强度。

技术领域

本发明涉及新材料领域，具体涉及一种碳纳米管增强碳纤维热塑性树脂基复合材料的制备方法。

背景技术

碳纤维具有高强度、高模量、耐疲劳、抗蠕变等一系列优异性能，是理想的复合材料增强相。碳纤维增强热塑性树脂复合材料则综合了碳纤维和工程塑料的各自优点，如优良的力学性能，简单的成型工艺和可回收加工等等。但是复合材料的界面结合强度依然不是十分理想，从而削弱了碳纤维热塑性树脂复合材料的综合力学性能以及限制了这类材料的在某些领域的应用。

碳纳米管优异的力学性能和“纳米管径、微米管长”的尺寸特征使其成为复合材料领域的理想增强相。文献“Carbon nanotube reinforced composites:Potential andchallenges[J],Materials and Design,2007,28 2394-2401”指出，将碳纳米管弥散于增强纤维之间，即构建”碳纳米管-纤维多尺度预制体“，可以在不损伤纤维预制体叠层内部结构的前提下有效补强基体，实现对复合材料基体的多尺度强化，大幅提升复合材料的综合力学性能。然而碳纳米管的分散均匀性与界面结合问题依然是提高复合材料相关性能的关键因素。

为此，本发明应运而生。

发明内容

鉴于上述情况，本发明提供了一种碳纳米管增强碳纤维热塑性树脂复合材料的制备方法。在碳纤维表面生长碳纳米管，有效实现了碳纳米管的均匀分散。通过碳纳米管的引入显著增加了纤维与树脂的相互作用面积，提高了纤维与树脂的界面结合强度。

为实现上述目的，本发明提供了一种碳纳米管增强碳纤维热塑性树脂基复合材料的制备方法，包括：

配置碳纳米管电泳悬浮液；将碳纳米管分散于异丙醇分散液中，配置成1.5-1.7g/L浓度的碳纳米管异丙醇分散液；随后在所述分散液中加入重量分数0.3-0.8％的硝酸铝，将溶液用超声波振荡分散150-180min后得到碳纳米管电泳悬浮液；

于碳纤维表面生长碳纳米管；将制备好的所述碳纳米管电泳悬浮液置于电解槽中，使用不锈钢板作为阳极，剪裁好的碳纤维布作为阴极，进行碳纤维表面的碳纳米管电泳沉积；

将电泳沉积后所得到的碳纤维布置于烘箱内干燥80-120min；

将热塑性树脂与干燥后的碳纤维布加热至170-240℃后(温度太低的情况下热塑性树脂流动性差难以成型，温度太高则容易出现热塑性树脂热氧化和碳纤维的氧化导致材料力学性能恶化)，置于模具内热压成型，制备得到碳纳米管增强碳纤维热塑性复合材料。

本发明的有益效果为：

本发明在碳纤维表面生长碳纳米管，有效实现了碳纳米管的均匀分散，通过碳纳米管的引入显著增加了纤维与树脂的相互作用面积，提高了纤维与树脂的界面结合强度。

进一步的，所述碳纤维布为单向碳纤维布、双向碳纤维布、3D编织碳纤维布中的任意一种。

进一步的，所述的热塑性树脂为聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚甲醛、聚碳醚中的任意一种。

进一步的，阳极与阴极正对且相互平行，阳极与阴极之间的距离调整至为15-30mm，设置电泳电压为40-60V，电泳时间80-100s。

附图说明