[发明专利]一种MXene改善的碳纤维-环氧树脂复合材料及改善方法

说明书

本发明涉及一种MXene改善碳纤维‑环氧树脂复合材料界面的方法，包括以下步骤：制备MXene胶体溶液，制备MXene功能化碳纤维复合材料，制备MXene功能化碳纤维‑环氧树脂复合材料，MXene表面的强极性有利于与酸处理的碳纤维表面羧基的结合，而且有利于与树脂基体的接合，其中Ti₃C₂T_x可以“桥接”碳纤维和环氧树脂。

技术领域

本发明涉及一种复合材料，尤其涉及一种MXene改善的碳纤维-环氧树脂复合材料及改善方法。

背景技术

碳纤维以其高强度、高抗疲劳性、高耐腐蚀性、轻量化等优良性能成为聚合物基复合材料的理想结构材料。一般来说，复合材料的力学性能不仅受碳纤维和环氧树脂的固有特性的影响，而且还受其界面粘结性能的影响。然而，碳纤维表面的非极性和缺少化学活性基团限制了其天然的润湿性和对大多数聚合物的吸附性。因此，提高碳纤维的界面性能已成为高分子科学的一个重要研究热点。在过去的几年中，碳纤维多尺度增强已经越来越多地被各种方法所探索，如桥接剂分子接枝和引入各种纳米材料，如碳纳米管、石墨烯和氧化石墨烯。然而，这些制备路线在大规模制备中存在着一些缺点，原材料成本高和加工复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的改善方法，改进纤维的浸润性，提高纤维的表面自由能。为了实现上述目的本发明采用MXene改善的碳纤维-环氧树脂复合材料， MXene表面有大量的含氧官能团，与环氧树脂有极好的浸润性，为改性环氧树脂的绝佳材料。MXene表面的强极性有利于与酸处理的碳纤维表面羧基的结合，而且有利于与树脂基体的接合，其中Ti₃C₂T_x可以“桥接”碳纤维和环氧树脂。

本发明所采取的技术方案为：一种MXene改善碳纤维-环氧树脂复合材料界面的方法，包括以下步骤

制备MXene胶体溶液

1）将M、Al、C粉末烧结形成陶瓷块体材料，将制备陶瓷块体材料进行研磨处理，得到陶瓷粉体；

2）将陶瓷粉体材料置于盐酸与氟化锂混合液或氢氟酸腐蚀，多次清水洗涤腐蚀产物，使用去离子水配悬浊液并超声波分层、离心后制得MXene胶体溶液；

制备MXene功能化碳纤维复合材料

1）碳纤维使用丙酮去除表面浸润剂后，在浓硝酸中于60～100℃条件下酸化1～6h后清洗至中性；

2）将酸化后的碳纤维浸泡于MXene胶体溶液中5～60min后取出；

3）用水冲洗掉纤维表面多余的MXene，将冲洗后的纤维真空干燥，即得MXene功能化碳纤维复合材料；

制备MXene功能化碳纤维-环氧树脂复合材料

1）甲基四氢苯酐和E51树脂均匀混合得到混合液；

2）将混合液置于滴于步骤（3）中制得的纤维表面，然后在70～120℃下固化1～6h，再升温至120～160℃下固化2～10h，后随炉冷却，即得。

进一步的，所述制备MXene胶体溶液的步骤2）具体为（1）将1g制备的陶瓷粉体加入5～25ml浓度为9～12mol/ml的盐酸与0.2～2g氟化锂的混合溶液中，或加入5～25ml HF含量为10～70wt.%的水溶液中，加入磁转子并在20～70℃的油浴环境中搅拌12～96h得到悬浮液；

（2）用5～100ml去离子水洗涤腐蚀后的混合物悬浊液并离心，倒去上清液，重复多次至上清液PH值大于等于6；

（3）上清液PH值大于等于6后，继续使用5～100ml去离子水洗涤并离心，倒去上清液，重复3～5次；