[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

说明书

本发明公开了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，首先将多壁碳纳米管放入强酸中，以实现羧基功能化处理；将碳纤维放入强酸中，以实现酸氧化；再将处理过后的多壁碳纳米管经干燥后放入反应釜内，并加入乙二胺和N,N‑二甲基甲酰胺，超声处理后，再放入酸氧化的碳纤维，通过多壁碳纳米管和碳纤维之间的化学连接，实现多壁碳纳米管接枝到碳纤维表面的多尺度复合增强体；最后将接枝了碳纳米管的碳纤维充分干燥后放入水泥基材料中，通过抗折、抗压试验，最终得到高强度水泥试块。该方法和应用可有效提升接枝密度，增强与水泥基间的粘结强度，提高水泥试块的抗折、抗压强度，延长试块的使用寿命。

技术领域

本发明属于建筑工程技术领域，具体涉及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。

背景技术

碳纳米管因其优异的性能被当作增强体的理想填料，其填充作用和桥联作用可有效改善水泥内部的界面空隙，提高界面间的密实度。但由于碳纳米管分子间存在强大的范德华力，常常出现“团聚”现象，所以需加入一定量的分散剂以分散溶液中的碳纳米管。

在实验中发现碳纤维拥有优异的力学性能，所以制作含有碳纤维的水泥基材料可以使试块的抗折强度和抗压强度得到增强。

由于碳纳米管和碳纤维可同时满足增强水泥基材料力学性能的特点，且近年来多尺度增强体复合材料在工程中有重要的应用。将两种优异特性的材料进行物理或化学结合成为近年来研究的热点。

工程领域中使用的水泥基试块虽然具有良好的力学性能，但随着使用年限的增长和外面温度和湿度等环境的影响，逐渐暴露出其脆性较大的缺点，长期下来因抗压性能达到峰值而产生裂缝，影响结构的耐久性。

发明内容

本发明的目的在于针对工程领域中水泥基材料因长时间的使用，抗折、抗压强度遭到破坏，从而使结构的耐久性方面产生不利影响，提供一种碳纳米管接枝碳纤维(CNTs/CF)多尺度增强体的制备方法及其应用，利用化学接枝法将碳纳米管接枝到碳纤维表面，并把它放入水泥基材料的制作中，以此增强水泥材料的抗折、抗压性能，提升材料的使用寿命。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种碳纳米管接枝碳纤维多尺度增强体的制备方法，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。

优选地，步骤1)所述水浴锅为DF-101S集热式恒温磁力搅拌器。