[发明专利]纳米金刚石及功能化碳纤维增强环氧树脂复合材料的制备方法

摘要

本发明将纳米金刚石经过羧基功能化后，得到表面胺基化的纳米金刚石；将胺基化的纳米金刚石与表面经过羧基化的碳纤维反应，得到胺基化的碳纤维表面接枝有纳米金刚石，在碳纤维表面引入二元胺或多元胺，使碳纤维表面未完全与胺基化的纳米金刚石反应的羧基充分胺基化，将碳纤维与环氧树脂预聚合反应，得到功能化的碳纤维表面接枝有环氧树脂的增强体；将胺基化的纳米金刚石与环氧树脂反应，获得纳米金刚石强韧化的环氧树脂的基体；将得到的功能化碳纤维表面接枝有环氧树脂的增强体和纳米金刚石强韧化的环氧树脂的基体复合。本发明利用纳米金刚石的强度和韧性强韧化碳纤维和基体树脂，提高复合材料的界面粘结强度，从而提高复合材料的整体性能。

主权项

纳米金刚石及功能化碳纤维增强环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：(1)称取0.1～1×10g干燥的纳米金刚石和10～1×104mL有机酸混合，在1~120kHz超声波或10 r/min~106 r/min的离心速度搅拌下处理1～24小时，然后加热至20～150℃，反应1～48小时，经去离子水稀释洗涤，微孔滤膜抽滤，反复洗涤至滤液为中性，在温度为25～150℃下真空干燥1～48小时，得到纯化的纳米金刚石；(2)将1～1×102g干燥的碳纤维和强氧化性酸1～1×104mL混合，在1~120kHz超声波下处理0.1～12小时，然后加热到25～120℃，搅拌并回流反应0.2～12小时，经去离子水洗涤，滤纸抽滤，反复洗涤至滤液呈中性，在25～150℃温度下真空干燥1～48小时，得到酸化的碳纤维；(3)将步骤(1)中得到的纯化纳米金刚石0.1～1×10g和强氧化性酸1～1×103mL混合，在1~120kHz超声波下处理0.1～80小时，然后加热到25～120℃，搅拌并回流反应1～80小时，经去离子水稀释洗涤，超微孔滤膜抽滤，反复洗涤至滤液呈中性，在25～200℃温度下真空干燥1～48小时，得到酸化的纳米金刚石；(4)将步骤(3)所得酸化的纳米金刚石0.1～1×10g、二元胺或多元胺1～1×103g、有机溶剂1～1×103mL和缩合剂0.1～1×10g混合，以1~120kHz超声波处理0.1～96小时，在25～220℃温度下反应1～96小时后，抽滤并反复洗涤，在25~200℃温度下真空干燥1～48小时，得到胺化的纳米金刚石；(5)将步骤(4)所得胺基化的纳米金刚石0.1～1×10g、步骤(2)所得的酸化碳纤维1～1×102g、有机溶剂1～1×103mL和缩合剂0.1～1×10g混合，以1~120kHz超声波处理0.1～12小时，在温度为25～220℃下反应0.1～96小时后，往其中添加二元胺或多元胺0.1～1×102g和缩合剂0～1×10g再反应1～96小时，抽滤并反复洗涤，在25~200℃温度下真空干燥1～48小时，得到的碳纤维表面接枝有胺基和纳米金刚石；(6)将步骤(5)所得的碳纤维表面接枝有胺基和纳米金刚石0.1～1×10g和环氧树脂1～1×103g复合，在温度为25～150℃下反应0.1～24小时后，经有机溶剂洗涤，除去未反应的环氧树脂，得到功能化碳纤维表面接枝有环氧树脂的增强体；(7)将步骤(4)所得胺基化的纳米金刚石0.1～1×10g、环氧树脂1～1×103g和固化剂1～1×103g，在温度为5～150℃下复合，磁力或机械搅拌分散并真空除泡反应0.1～24小时，得到纳米金刚石强韧化的环氧树脂的基体；(8)将步骤(6)得到的功能化碳纤维表面接枝有环氧树脂的增强体1～1×102g和步骤(7)得到的纳米金刚石强韧化的环氧树脂的基体1～1×103g经模压复合成型，在温度为50～180℃下真空除泡反应0.5～48小时，得到纳米金刚石及功能化碳纤维增强环氧树脂复合材料。