[发明专利]一种碳纤维/二氧化硅杂化材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种碳纤维/二氧化硅杂化材料及其制备方法，该方法包括(1)制备羧基化碳纤维；(2)制备聚丙烯酸接枝的碳纤维；(3)制备硅氧烷接枝的碳纤维；(4)制得球形二氧化硅接枝于碳纤维表面的杂化材料；(5)真空冷冻环境下干燥。本发明的制备方法接枝率高，生成的二氧化硅呈均匀的球形附着于碳纤维的表面，大大的提高了碳纤维的比表面积，提交了纤维在基体材料中的分散性。

主权项

1.一种具有隔热性的碳纤维/二氧化硅杂化材料，其特征在于所述材料的制备方法为：(1)将5～10份碳纤维放入浓硫酸与浓硝酸的混合溶液中，在45～50℃的条件下加热45～90min，制得羧基化碳纤维；(2)将1～5份羧基化碳纤维加入烧瓶中，再加入5～10份聚丙烯酸、5～10份催化剂二环己基碳二亚胺、100～150mL四氢呋喃，超声混合30～60min，对烧瓶抽真空充氮气，在氮气的保护下于50～60℃的条件下磁力搅拌24～48h，产物在60℃的条件下烘干，制得聚丙烯酸接枝的碳纤维；(3)将1～5份步骤(2)制得的聚丙烯酸接枝的碳纤维加入烧瓶中，加入5～10份二环己基碳二亚胺、0.5～1份4‑二甲氨基吡啶、5～10份硅烷偶联剂KH550于100～150mL四氢呋喃中，在60～70℃的条件下磁力搅拌24h，对产物进行冲洗，在真空烘箱中于80℃的条件下充分干燥，制得硅氧烷接枝的碳纤维；(4)在10～50份的去离子水中加入1～5份步骤(3)制得的硅氧烷接枝的碳纤维，水解24h，然后加入2～5份正硅酸乙酯，5～10份氨水，100mL乙醇，在30℃条件下反应4～8h，得到球形二氧化硅接枝于碳纤维表面的杂化材料；(5)将步骤(4)所得的球形二氧化硅接枝于碳纤维表面的杂化材料在温度为‑20～‑30℃的真空冷冻环境下干燥，得到所述碳纤维/二氧化硅杂化材料；各原料以质量份数计；步骤(1)中所述浓硫酸的质量浓度为80～98％；所述浓硝酸的质量浓度为65～70％；所述浓硫酸与浓硝酸的质量比为1:1～3；步骤(1)中所述碳纤维与浓硫酸及浓硝酸混合溶液的质量比为1:10～20；步骤(2)中所述聚丙烯酸接枝的碳纤维的接枝率为80％；步骤(5)中所述杂化材料中二氧化硅与碳纤维的质量比为1:2～3。