本发明涉及复合材料领域，具体是涉及一种碳纳米管表面化学修饰聚酰亚胺(pi)纤维的制备方法。
背景技术：
pi纤维在保留原来pi突出性能的基础上，又兼具纤维适用性更广的特点，pi纤维强度大模量高、耐高温、化学介质腐蚀，主要用于高温烟气除尘过滤袋、纺织防酸碱面料、耐火面料、工业阻燃隔热保温型材料、多元功能性新型复合材料等领域。但是pi纤维表面没有活性官能团，性能稳定，结构光滑，与基体结合性能较差，限制了复合材料力学性能和机械性能的进一步提高。
pi纤维具有的耐高低温性能、耐辐射性能、高强度和高模量等优异性能，可用其制作纤维复合材料，从而应用在耐高低温和耐辐射等应用领域，比较有代表性的就是国防和航空航天领域。pi纤维在高温下可稳定存在数小时，可用其制作火箭的零部件和航空航天器的一些零部件，用来应对外太空的苛刻温度环境，俄国的利尔索特公司将pi纤维与其它金属线一起制成了轻质耐热电缆屏蔽护套来应用在特种用途飞机上。
碳纳米管独特的结构决定了其有着许多独特的物理性质和化学性质。因为碳纳米管中的c＝c共价键被认为是自然界中最为稳定的化学键，所以碳纳米管有着优异的力学性能，同时经过理论计算可以得出，碳纳米管也具有极其优异的强度和韧性，碳纳米管除了力学性能优异外，还具有良好的导电性能。通过在复合材料中掺杂微量的碳纳米管，然后碳纳米管进行合适的取向，使得复合材料的导热率有了很大的改善。
同时复合材料的性能不仅仅取决于其基体材料的性能，同时也很大程度的取决于各个组分之间的界面结合情况。复合材料的界面是增强相和基体相之间的中间桥梁，也是能量和信息的传递者，良好的界面结合性可以有效的传递载荷从而提高复合材料的力学性能。因此充分利用良好界面效应的优越性，提高pi纤维表面的粗糙度和比表面积，提高pi纤维与基体材料的界面结合性能，可以很大程度的提高复合材料的力学性能和机械性能。
技术实现要素：
本发明所要解决的问题是改变pi纤维表面惰性，提高了pi纤维的表面粗糙度、降低表面能、提高其亲水性和比表面积，同时提高了纤维与基体树脂的界面结合性能，从而有利于其应用于热塑性塑料的增强改性。
本发明通过如下技术方案实现：
(1)对pi纤维进行清洗；(2)将经过表面清洁处理的pi纤维与多巴胺分散在缓冲溶液中，反应后在pi表面形成聚多巴胺包覆层；(3)将一定量的聚乙烯亚胺加入到上述反应溶液中，通过与聚多巴胺反应形成表面氨基官能化的pi纤维；(4)加入羧基官能化多壁碳纳米管，通过碳纳米管表面羧基官能团与pi纤维表面氨基官能团反应，获得表面化学修饰多壁碳纳米管的pi纤维。
所述的pi纤维是一种高强高模且表面惰性的有机合成纤维,其形式可以是连续长纤维，也可以是短切纤维。
所述的缓冲溶液由浓度为1.2mg/ml的三羟甲基氨基甲烷溶液和浓度为1mol/l的盐酸溶液配置而成，其ph值为8.5。反应溶液中多巴胺的浓度为1.0～5.0mg/ml，反应温度为室温，反应时间为2h。
所述的聚乙烯亚胺的体积分数为1.0～5.0vol.％，反应温度为室温，反应时间为30min。
所述的碳纳米管为羧基官能化多壁碳纳米管，其质量分数为：1.0～2.0wt.％，反应温度为室温，反应时间为6h。
通过如上的方法得到了碳纳米管化学修饰的pi纤维，提高了pi纤维的表面粗糙度、降低表面能、提高其亲水性和比表面积，同时提高了纤维与基体树脂的界面结合性能，从而有利于其应用于热塑性塑料的增强改性。
具体实施方式
以下是结合本发明技术方案所提供的pi纤维表面化学修饰碳纳米管的制备方法所做的实施例，用以进一步解释本发明。
实例1
对pi纤维进行切丝处理，使其长度为1mm，然后将5.0g的pi纤维在丙酮溶剂中超声环境下进行清洗2h。丙酮清洗结束后，用乙醇和去离子水分别清洗3次，将洗净的pi纤维放入鼓风干燥烘箱中烘干；称取0.6g的三羟甲基氨基甲烷加入到500ml去离子水中，配置浓度为1.2mg/ml的溶液，用酸度计测定ph值，然后用1mol/l的盐酸溶液将三羟甲基氨基甲烷溶液的ph值调节至8.5，得到三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲溶液；称取1.0g多巴胺粉末加入到三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲溶液中，随之将5.0g处理过的pi纤维加入到反应体系中，将其搅拌均匀后，室温条件下反应2h。量取1ml的聚乙烯亚胺，加入到反应体系中，在室温条件下进行共聚反应30min；称取0.05g羧基官能化多壁碳纳米管，加入到反应体系中，在室温条件下进行共聚反应6h，用去离子水清洗3次，将洗净的碳纳米管修饰过的pi纤维放入鼓风干燥烘箱中干燥，然后用自封袋密封保存。对得到的氧化石墨烯修饰过的pi纤维进行静态接触角测试，测试结果表明，pi纤维的接触角由120.4°降低到67.5°，pi纤维的亲水性得到极大提高。
实例2
对pi纤维进行切丝处理，使其长度为3mm，然后将5.0g的pi纤维在丙酮溶剂中超声环境下进行清洗2h。丙酮清洗结束后，用乙醇和去离子水分别清洗3次，将洗净的pi纤维放入鼓风干燥烘箱中烘干；称取0.6g的三羟甲基氨基甲烷加入到500ml去离子水中，配置浓度为1.2mg/ml的溶液，用酸度计测定ph值，然后用1mol/l的盐酸溶液将三羟甲基氨基甲烷溶液的ph值调节至8.5，得到三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲溶液；称取0.5g多巴胺粉末加入到三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲溶液中，随之将5.0g处理过的pi纤维加入到反应体系中，将其搅拌均匀后，室温条件下反应2h。量取0.5ml的聚乙烯亚胺，加入到反应体系中，在室温条件下进行共聚反应30min；称取0.05g羧基官能化多壁碳纳米管，加入到反应体系中，在室温条件下进行共聚反应6h，用去离子水清洗3次，将洗净的碳纳米管修饰过的pi纤维放入鼓风干燥烘箱中干燥，然后用自封袋密封保存。对得到的氧化石墨烯修饰过的pi纤维进行静态接触角测试，测试结果表明，pi纤维的接触角由120.4°降低到71.7°，pi纤维的亲水性得到极大提高。
实例3
对pi纤维进行切丝处理，使其长度为5mm，然后将5.0g的pi纤维在丙酮溶剂中超声环境下进行清洗2h。丙酮清洗结束后，用乙醇和去离子水分别清洗3次，将洗净的pi纤维放入鼓风干燥烘箱中烘干；称取0.6g的三羟甲基氨基甲烷加入到500ml去离子水中，配置浓度为1.2mg/ml的溶液，用酸度计测定ph值，然后用1mol/l的盐酸溶液将三羟甲基氨基甲烷溶液的ph值调节至8.5，得到三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲溶液；称取2.0g多巴胺粉末加入到三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲溶液中，随之将5.0g处理过的pi纤维加入到反应体系中，将其搅拌均匀后，室温条件下反应2h。量取2ml的聚乙烯亚胺，加入到反应体系中，在室温条件下进行共聚反应30min；称取0.05g羧基官能化多壁碳纳米管，加入到反应体系中，在室温条件下进行共聚反应6h，用去离子水清洗3次，将洗净的碳纳米管修饰过的pi纤维放入鼓风干燥烘箱中干燥，然后用自封袋密封保存。对得到的氧化石墨烯修饰过的pi纤维进行静态接触角测试，测试结果表明，pi纤维的接触角由120.4°降低到63.1°，pi纤维的亲水性得到极大提高。
实例4
对pi纤维进行切丝处理，使其长度为1mm，然后将5.0g的pi纤维在丙酮溶剂中超声环境下进行清洗2h。丙酮清洗结束后，用乙醇和去离子水分别清洗3次，将洗净的pi纤维放入鼓风干燥烘箱中烘干；称取0.6g的三羟甲基氨基甲烷加入到500ml去离子水中，配置浓度为1.2mg/ml的溶液，用酸度计测定ph值，然后用1mol/l的盐酸溶液将三羟甲基氨基甲烷溶液的ph值调节至8.5，得到三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲溶液；称取2g多巴胺粉末加入到三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲溶液中，随之将5.0g处理过的pi纤维加入到反应体系中，将其搅拌均匀后，室温条件下反应2h。量取2ml的聚乙烯亚胺，加入到反应体系中，在室温条件下进行共聚反应30min；称取0.1g羧基官能化多壁碳纳米管，加入到反应体系中，在室温条件下进行共聚反应6h，用去离子水清洗3次，将洗净的碳纳米管修饰过的pi纤维放入鼓风干燥烘箱中干燥，然后用自封袋密封保存。对得到的氧化石墨烯修饰过的pi纤维进行静态接触角测试，测试结果表明，pi纤维的接触角由120.4°降低到61.9°，pi纤维的亲水性得到极大提高。
实例5
对pi纤维进行切丝处理，使其长度为3mm，然后将5.0g的pi纤维在丙酮溶剂中超声环境下进行清洗2h。丙酮清洗结束后，用乙醇和去离子水分别清洗3次，将洗净的pi纤维放入鼓风干燥烘箱中烘干；称取0.6g的三羟甲基氨基甲烷加入到500ml去离子水中，配置浓度为1.2mg/ml的溶液，用酸度计测定ph值，然后用1mol/l的盐酸溶液将三羟甲基氨基甲烷溶液的ph值调节至8.5，得到三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲溶液；称取1.0g多巴胺粉末加入到三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲溶液中，随之将5.0g处理过的pi纤维加入到反应体系中，将其搅拌均匀后，室温条件下反应2h。量取1ml的聚乙烯亚胺，加入到反应体系中，在室温条件下进行共聚反应30min；称取0.1g羧基官能化多壁碳纳米管，加入到反应体系中，在室温条件下进行共聚反应6h，用去离子水清洗3次，将洗净的碳纳米管修饰过的pi纤维放入鼓风干燥烘箱中干燥，然后用自封袋密封保存。对得到的氧化石墨烯修饰过的pi纤维进行静态接触角测试，测试结果表明，pi纤维的接触角由120.4°降低到67.4°，pi纤维的亲水性得到极大提高。
实例6
对pi纤维进行切丝处理，使其长度为1mm，然后将5.0g的pi纤维在丙酮溶剂中超声环境下进行清洗2h。丙酮清洗结束后，用乙醇和去离子水分别清洗3次，将洗净的pi纤维放入鼓风干燥烘箱中烘干；称取0.6g的三羟甲基氨基甲烷加入到500ml去离子水中，配置浓度为1.2mg/ml的溶液，用酸度计测定ph值，然后用1mol/l的盐酸溶液将三羟甲基氨基甲烷溶液的ph值调节至8.5，得到三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲溶液；称取0.5g多巴胺粉末加入到三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲溶液中，随之将5.0g处理过的pi纤维加入到反应体系中，将其搅拌均匀后，室温条件下反应2h。量取0.5ml的聚乙烯亚胺，加入到反应体系中，在室温条件下进行共聚反应30min；称取1.0g羧基官能化多壁碳纳米管，加入到反应体系中，在室温条件下进行共聚反应6h，用去离子水清洗3次，将洗净的碳纳米管修饰过的pi纤维放入鼓风干燥烘箱中干燥，然后用自封袋密封保存。对得到的氧化石墨烯修饰过的pi纤维进行静态接触角测试，测试结果表明，pi纤维的接触角由120.4°降低到72.5°，pi纤维的亲水性得到极大提高。
上述本发明的一种pi纤维表面化学修饰碳纳米管的制备方法的技术创新对于现今同行业的技术人员来说均具有许多可取之处。通过本发明得到的碳纳米管化学修饰的pi纤维，其表面粗糙度得到很大的提高，亲水性和比表面积提高显著，且纤维与基体树脂的界面结合性能增强，从而有利于pi纤维更好的应用于热塑性塑料的增强改性以及复合材料制备等相关领域。
利用本发明技术制备得到的长度为5mm的碳纳米管化学修饰的短切pi纤维，当在其在增强改性的pc/abs复合材料中质量分数为20wt.％时，拉伸强度可达145mpa、弯曲模量可达7.0gpa左右的，显著改善了pc/abs的综合力学性能。利用本发明制备的碳纳米管化学修饰的pi纤维增强热塑性复合材料可广泛应用于电子电气制品、机械零部件及其它对高力学性能有较高要求的结构部件的制造。
以上所述，仅是本发明制备的较佳示例而已，并非本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实例揭露如上，然而并非用以限定本发明人还是熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施实例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。