一种制备碳纳米管/玻纤纳微米复合粉体的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳微米材料制备技术领域，特别涉及玻纤基纳微米粉体及其制备方法。
【背景技术】
[0002]微米纤维如玻纤，碳纤，芳纤等，具有质量轻，强度高，耐温性好，广泛应用于各个领域尤其是增强高分子复合材料。尽管纤维本身具有很高的强度，但所得纤维增强的复合材料的强度却远远低于纤维本身的强度，即微米尺寸纤维提升复合材料力学性能有限。原因是一、纤维和基体树脂的相容性较差，影响了应力传递；二、纤维和基体树脂之间通常有一定的自由体积甚至空穴，应力没法在此处转移；三、传统微米尺寸的纤维对基体增强区域有限。所以，复合材料中有大面积的基体富集区域，基体没有得到增强，导致断裂并蔓延。为此，一些学者致力于纤维表面处理，以期纤维和基体树脂进行一定的化学键合，提高了纤维和树脂之间的界面强度减少了空穴，改善了材料的力学性能。纳米填料如碳纳米管具有很大的比表面积，优秀的强度和韧性，很大的长径比，可明显改善高分子材料的力学性能。另夕卜，碳纳米管的优异导电性，可以减少或消除材料表面静电产生，及时感应材料内部结构缺陷等，赋予了材料新的性能，扩大了其应用范围。但是，碳纳米管具有很高的比表面能，极易团聚，不能有效发挥纳米材料的优异性能。将碳纳米管和玻纤复合，既可以解决碳纳米管的团聚问题，也可综合碳纳米管与玻纤两者的优异性能，加入到聚合物材料中不但提高了复合物材料的力学性能，而且还能赋予材料的抗静电等新的性能。目前碳纳米管/玻纤的制备方法有将镍、铁催化剂附着在玻纤表面利用化学气相沉积法来在玻纤表面生长碳纳米管，用电泳法将碳管沉积在单个玻纤表面，还有将玻纤蘸过预先制备的含有环氧树脂的预聚物，将碳纳米管附着在玻纤上。上述方法虽然都能将碳纳米管/玻纤复合粉体，但工艺较为复杂，产量很少，批量制备难度很大。所以，探索工艺简单、操作性强、易于批量生产的制备方法成为材料学家的努力目标。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种制备碳纳米管/玻纤纳微米复合粉体的方法，克服了现有方法工艺复杂、成本高、产量小的缺点。在水醇体系中，通过TEOS和KH550的水解反应，生成的聚硅作为粘附基质将碳纳米管很好地包覆到玻纤表面，形成碳纳米管和玻纤纳微米粉体材料。
[0004]本发明采用的技术方案如下:
一种制备碳纳米管/玻纤纳微米复合粉体的方法，将50-85°C下，预处理后的玻璃纤维加入到TE0S、、KH550、酸化碳纳米管以及酸或碱的醇水混合溶液中进行水解、包覆反应，产物过滤、干燥得到玻纤基纳微米粉体。
[0005]玻璃纤维与水醇溶液的质量比为1:10-30。
[0006]碳纳米管与水醇溶液的质量比为1:50-500。
[0007]水醇溶液中水与乙醇的体积比为1:5-20。
[0008]TEOS和KH550与水醇溶液的体积比为1:40-120。
[0009]反应体系中酸溶液与水醇溶液的质量比为1:15-50。
[0010]反应体系中碱溶液与水醇溶液的体积比为1:35-80。
[0011]所述酸溶液为盐酸、硝酸或氯化铵的水溶液。
[0012]所述碱溶液为氢氧化钠、氨水、乙二胺、二乙醇胺的水溶液。
[0013]反应体系pH值在5.0-8.0，反应温度为50-85°C，时间为2.0-6.0 h。
[0014]搅拌为电动搅拌或磁力搅拌。
[0015]积极有益效果:本发明制得的样品玻纤明显变得表面粗糙，因为聚硅作为粘附基质将碳纳米管粘附到玻纤表面。样品综合玻纤和碳纳米管的性能，作为填料加入到聚合物复合材料中，有望明显改善材料的力学性能，并能赋予聚合物材料抗静电性、抗菌性等性能。本方法制备样品产量大，工艺简单、成本低，极具工业化应用潜能，本方法也有望用于其它种类的微纳米材料的制备和工业化研究。
【附图说明】
[0016]图1为PH=5.0时得到的碳纳米管/玻纤纳微米复合粉体SEM图。
[0017]图2为pH=6.0时得到的碳纳米管/玻纤纳微米复合粉体SEM图。
[0018]图3为pH=7.0时得到的碳纳米管/玻纤纳微米复合粉体SEM图。
[0019]图4为pH=7.5时得到的碳纳米管/玻纤纳微米复合粉体SEM图。
[0020]图5为pH=7.5时得到的碳纳米管/玻纤纳微米复合粉体TEM图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和具体实施例，对本发明做进一步的说明:
一种制备碳纳米管/玻纤纳微米复合粉体的方法，将50-85°C下，预处理后的玻璃纤维加入到TE0S、、KH550、酸化碳纳米管以及酸或碱的醇水混合溶液中进行水解、包覆反应，产物过滤、干燥得到玻纤基纳微米粉体。
[0022]玻璃纤维与水醇溶液的质量比为1:10-30。
[0023]碳纳米管与水醇溶液的质量比为1:50-500。
[0024]水醇溶液中水与乙醇的体积比为1:5-20。
[0025]TEOS和KH550与水醇溶液的体积比为1:40-120。
[0026]反应体系中酸溶液与水醇溶液的质量比为1:15-50。
[0027]反应体系中碱溶液与水醇溶液的体积比为1:35-80。
[0028]所述酸溶液为盐酸、硝酸或氯化铵的水溶液。
[0029]所述碱溶液为氢氧化钠、氨水、乙二胺、二乙醇胺的水溶液。
[0030]反应体系pH值在5.0-8.0，反应温度为50-85°C，时间为1.0-6.0 h。
[0031]搅拌为电动搅拌或磁力搅拌。
[0032]本发明目的在于通过控制一定的反应条件，将TEOS和KH550在水醇体系中，在酸或碱催化剂的作用下生成聚硅，其官能团_順2和-OH基分别和碳纳米管上的-COOH基和玻纤上-OH基分别发生反应，生成CO-NH和S1-O-Si键，将玻纤和碳纳米管复合，生成碳纳米管/玻纤复合物。首先在常温条件下将预处理后的玻纤超声分散于一定量的乙醇中，转移至三口烧瓶中并搅拌。将酸化碳纳米管分散于水和乙醇溶液，用超声法分散成均匀的悬浊液，也转移至三口烧瓶中，然后搅拌升温至一定温度。在烧瓶中加入酸或碱溶液调整体系pH值，伴随搅拌。将一定量的KH550和TEOS的乙醇溶液滴加于上述体系后，反应一定时间后，产物过滤，然后用水和乙醇分别洗至三遍后，将产物在烘箱中烘干数小时