[发明专利]蛋白质-碳纳米纤维/环氧树脂复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种蛋白质‑碳纳米纤维/环氧树脂复合材料及其制备方法，属于改性纳米复合材料制备及应用技术领域，该方法包括，称取定量的蛋白质放入乙酸与去离子水的混合溶液中，进行恒温搅拌，随后加入定量的碳纳米纤维，先后进行蛋白质变性和碳纳米纤维改性；然后进行抽滤、洗涤和干燥，得到蛋白质接枝改性的碳纳米纤维；称取定量的蛋白质改性CNFs，加入预热的环氧树脂中，制备得到蛋白质‑碳纳米纤维/环氧树脂复合材料。本发明实现了碳纳米纤维的蛋白质接枝，蛋白质改性碳纳米纤维在环氧树脂中的均匀分散，以及与环氧树脂分子间较强的相互作用，有效提升了复合材料的力学性能。具有工艺简单，绿色环保以及性能更优的特点。

技术领域

本发明属于改性纳米复合材料制备及应用技术领域，更具体地，涉及 一种蛋白质-碳纳米纤维/环氧树脂复合材料及其制备方法。

背景技术

碳纤维增强环氧复合材料具有优异的比强度和比刚度，抗疲劳性，环 境适应性和剪切性能，已广泛应用于航空航天工业。然而，环氧树脂基体 相对较差的强度和绝缘性质阻碍了复合材料的高机械性能和多功能性能的 实现，例如潜在的抗雷击和电磁屏蔽结构材料。因此，为了开发其各种应 用领域，需要具有优异机械和电气性能的高级环氧树脂。

碳纳米纤维具有优异的力学性能、电学性能、热学性能和光学性能。 将碳纳米纤维作为纳米填料与环氧树脂复合，可以提高环氧树脂多功能性。 然而，如果原始碳纳米纤维直接与环氧树脂混合，强烈的范德瓦尔斯相互 作用将驱使碳纳米纤维团簇和聚集，这可能导致环氧树脂的性能下降。因 此，首先对碳纳米纤维进行表面处理显得非常有必要。

如何对碳纳米纤维进行表面处理，避免强烈的范德瓦尔斯相互作用驱 使碳纳米纤维团簇和聚集，提高碳纳米纤维环氧树脂复合材料性能，成为 本领域的技术难题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种蛋白质-碳纳 米纤维/环氧树脂复合材料及其制备方法，其目的在于，实现碳纳米纤维的 蛋白质接枝，蛋白质改性碳纳米纤维在环氧树脂中的均匀分散，以及与环 氧树脂分子间较强的相互作用，由此解决碳纳米纤维直接与环氧树脂混合 时，强烈的范德瓦尔斯相互作用驱使碳纳米纤维团簇和聚集，导致环氧树 脂的性能下降的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种蛋白质-碳纳米 纤维/环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)称取2a份质量的蛋白质粉末溶解在1000a份质量的去离子水或者 由质量比为4:1的无水乙酸与去离子水配置成的乙酸溶液中，进行蛋白质的 恒温搅拌变性；其中a为正数；

(2)将步骤(1)得到的混合液冷却至室温，然后加入a～8a份质量的 碳纳米纤维，对碳纳米纤维进行改性处理；

(3)将步骤(2)得到的混合液进行固液分离，将分离得到的固体采 用去离子水洗涤至中性以后，放入真空干燥箱中干燥，然后进行研磨，得 到蛋白质接枝的碳纳米纤维；

(4)称量1.3b份质量的步骤(3)得到的蛋白质接枝的碳纳米纤维， 加入到预热的400b～1000b份质量的环氧树脂中，分散均匀，得到第一混合 物；其中b为正数；

(5)将步骤(4)得到的第一混合物冷却至室温，加入与环氧树脂的 质量配比为10:3的固化剂，搅拌分散，室温下去除气泡得到第二混合物；

(6)将步骤(5)得到的第二混合物进行固化，固化结束以后进行自 然冷却，得到蛋白质-碳纳米纤维环氧树脂复合材料。

优选地，步骤(1)中，所述蛋白质为Type A型动物皮明胶Gelatin或 者大豆分离蛋白SPI；所述蛋白质的恒温搅拌变性中温度为55～60℃，搅拌 时间55～60min。

优选地，步骤(2)中，对碳纳米纤维进行改性处理的方式为，冷却环 境下尖端超声处理，接着进行恒温定速搅拌。