[发明专利]一种碳纳米管接枝碳纤维多尺度增强体的制备方法及其应用

权利要求书

1.一种碳纳米管接枝碳纤维多尺度增强体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)多壁碳纳米管的处理：将多壁碳纳米管放入烧杯中，并向其中加入混酸，将此烧杯放入有600W连续脉冲的超声仪器中超声分散15～25min，超声处理后放入100℃恒温水浴锅中酸氧化处理8～10h，将处理过的碳纳米管放入微孔滤膜真空减压过滤，并用去离子水反复清洗至滤液呈中性，再将此时的多壁碳纳米管放入100～180℃的真空干燥箱中烘干24h存放备用；

步骤2)碳纤维的处理：将碳纤维放入烧杯中，并向其中加入混酸，(20±3)℃温度下反应8～10h，反应完成后用去离子水反复清洗碳纤维，直至清洗后的去离子水为中性，将此时处理过的碳纤维放在100～180℃的真空干燥箱中烘干24h存放备用；

步骤3)称取经步骤1)处理的多壁碳纳米管放入水热反应釜中，并向其中加入乙二胺溶液和N,N-二甲基甲酰胺溶液，在600W连续脉冲的超声仪器中超声分散45～60min，接着再在反应釜中加入经步骤2)处理的碳纤维超声分散10～15min，将反应釜放入180℃的真空干燥箱中烘干48h存放备用；

步骤4)将经步骤3)烘干过的碳纤维从反应釜中取出，在乙醇溶液中超声分散15～25min，再用乙醇溶液反复清洗碳纤维，以充分去除碳纤维表面多余的碳纳米管和乙二胺、N,N-二甲基甲酰胺溶液，再将碳纤维放入80～100℃的真空干燥箱中烘干8～10h，即得到的所述碳纳米管接枝碳纤维多尺度增强体。

2.根据权利要求1所述的一种碳纳米管接枝碳纤维多尺度增强体的制备方法，其特征在于，步骤1)所述水浴锅为DF-101S集热式恒温磁力搅拌器。

3.根据权利要求1所述的一种碳纳米管接枝碳纤维多尺度增强体的制备方法，其特征在于，所述混酸是由质量百分比浓度为65％的浓硝酸和质量百分比浓度为95％的浓硫酸按体积比3:1的比例混合而成。

4.一种权利要求1所述制备方法制得的碳纳米管接枝碳纤维多尺度增强体在测试水泥基材料抗折、抗压性能上的应用，其特征在于，采用仪器搅拌水泥砂浆，将所述碳纳米管接枝碳纤维多尺度增强体放入水泥砂浆中做成40mm×40mm×160mm的标准试块，24h后脱模，将试块放入(20±5)℃，相对湿度60％的标准养护箱中，分别将3d和28d的试块放入抗折试验机和压力试验机中，测其相对于空白标准试块的抗折、抗压强度值，并由此得出结论。

5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述仪器为JJ-5型水泥胶砂搅拌机，所述抗折试验机为DKZ-5000电动抗折试验机，所述压力试验机为NYL-300D压力试验机。

6.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述水泥砂浆中，水泥与中国ISO标准砂的质量比为1:3，水灰比为0.5。

7.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述抗折强度值的测量方式如下：将棱柱体试件放入夹具内，使试件成型时的侧面与夹具的圆柱接触，调整夹具，使杠杆在时间折断时尽可能接近平衡位置；以(50±10)N/s的速度进行加荷，直到试件被折断，记录破坏荷载P₁，并计算抗折强度f_折，具体公式如下式1所示：

式1中：f_折为抗折强度，单位MPa；P₁为破坏荷载，单位N；L为支撑圆柱的中心距离，数值为100mm；b、h分别为试件断面的宽和高，数值均为40mm；以3条所述棱柱体试件得到的抗折强度测定值的算术平均值作为测量结果。

8.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述抗压强度值的测量方式如下：将半截棱柱体的光滑侧面放在试验机台上，抗压试验需用抗压夹具，使试件受压面积为40mm×40mm，且试件的底面紧靠夹具上的定位销，断块露出上压板外的部分应不少于10mm；在整个加荷过程中，夹具应位于压力机承压板中心，以(2400±200)N/s的速率均匀地加荷直至破坏，记录破坏荷载P₂，并计算每块试件的抗压强度f_压，具体公式如下式2所示：

式2中：f_压为抗压强度，单位MPa；P₂为破坏荷载，单位kN；A为受压面积，数值为40mm×40mm；

以6条所述半截棱柱体得到的抗压强度测定值的算术平均值作为测量结果。