专利名称：功能化玻璃纤维增强聚酰亚胺复合材料的制备方法
技术领域：
本发明属于纳米技术领域，具体涉及一种功能化玻璃纤维增强聚酰亚胺复合材料的制备方法。
背景技术：
玻璃纤维增强复合材料是一种性能优异的无机非金属材料，与传统的材料相比， 具有更好的设计性和成型性、具有良好的力学性能、稳定的化学性能、防火与隔热性能、原材料来源广阔、绝缘性好、耐高温，因而其使用寿命更长而且比传统材料轻的多。玻璃纤维具有优异的物理性能，主要表现在4个方面(1)力学性能高强度、高模量是玻璃纤维最重要的特性之一。(2)电性能玻璃纤维具有高的比电阻和低的电介质常数，玻璃纤维的电性能主要取决于玻璃的化学成分，特别是碱氧化物的含量。(3)耐热性能玻璃纤维是一种无机纤维，导热系数非常小，其耐热性较高，这在纺织纤维中是很独特的。玻璃纤维在较低的温度下受热，其性能虽变化不大，但会引起收缩现象，因此在制造玻璃纤维增强材料时，如果纤维与树脂粘结不良，就会由于加热和冷却的反复作用而发生剥离现象，导致制品强度降低。(4)化学稳定性能玻璃纤维的化学稳定性取决于其化学组成、介质性质、温度和压力等条件。玻璃纤维对腐蚀性化学品如酸和碱有好的阻抗，它几乎不受有机溶剂的影响，并对大多数无机化合物是稳定的。聚酰亚胺是综合性能最佳的有机高分子材料之一，耐高温达400°C以上，长期使用温度范围-200 300°C，无明显熔点，高绝缘性能。聚酰亚胺作为一种特种工程材料，已广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域。近来，各国都在将聚酰亚胺的研究、开发及利用列入21世纪最有希望的工程塑料之一。聚酰亚胺，因其在性能和合成方面的突出特点，不论是作为结构材料或是作为功能性材料，其巨大的应用前景已经得到充分的认识，在绝缘材料中和结构材料方面的应用正不断扩大，在功能材料方面正崭露头角，其潜力仍在发掘中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种功能化玻璃纤维增强聚酰亚胺复合材料的制备方法。本发明提出的功能化玻璃纤维增强聚酰亚胺复合材料的制备方法是经过纯化，再进行羧基化，酰化后，将酰化的碳纳米管与带有活性氨基的偶联剂溶液反应，得到碳纳米管表面接枝有偶联剂，再将表面接枝有偶联剂的碳纳米管与玻璃纤维反应，得到功能化玻璃纤维增强体；将功能化玻璃纤维增强体与聚酰亚胺树脂复合，得到玻璃纤维增强聚酰亚胺复合材料。具体步骤如下
(1)称取0. 1 1 X IOg干燥的碳纳米管和10 1 X IO4HIL无机酸混合，在广120kHz超声波或10 r/mirTlO6 r/min的离心速度搅拌下处理0. 1 24小时，然后加热至20 150°C， 反应1 48小时，经去离子水稀释洗涤，微孔滤膜抽滤，洗涤至滤液呈中性，在温度为25 150°C下真空干燥1 48小时，得到纯化的碳纳米管；(2)将步骤(1)中得到的纯化碳纳米管0.1 1 X IOg和强氧化性酸1 1 X IO3HiL混合，在广120kHz超声波或10 r/mirTlO6 r/min的离心速度搅拌下处理0. 1 80小时，然后加热到25 120°C，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， 洗涤至滤液呈中性，在25 200°C温度下真空干燥1 48小时，得到酸化的碳纳米管；
(3)将步骤(2)所得酸化的碳纳米管0.1 IXlOg与酰化试剂1 IXlO4g混合， 以广120kHz超声波或10 r/mirTlO6 r/min的离心速度搅拌下处理0.广80小时后，加热到 25 220°C，搅拌并回流反应0. 5 100小时，抽滤并洗涤除去酰化试剂及副产物，得到酰化的碳纳米管；
(4)将步骤(3)所得酰化的碳纳米管0.1 1 X IOg与1 1 X IO3HiL的偶联剂混合，以广120kHz超声波或10 r/mirTlO6 r/min的离心速度搅拌下处理0.广80小时后，在5 200°C 温度下反应0. 5 48小时，过滤并洗涤，在25 200°C温度下真空干燥0. 1 48小时，得到碳纳米管表面接枝有偶联剂；
(5)将步骤⑷所得表面接枝有偶联剂的碳纳米管0.1 1 X IOg和1 1 X IO3HiL有机溶剂混合，以广120kHz超声波或搅拌处理1分钟 24小时，使表面接枝有偶联剂的碳纳米管均勻分散在有机溶剂中，在5 150°C温度下，加入干燥的玻璃纤维1 IXlO3g,反应 1分钟 96小时后，过滤并洗涤，在25 200°C温度下真空干燥0. 1 48小时，得到功能化玻璃纤维增强体；
(6)将步骤(5)所得功能化玻璃纤维增强体1 1X IO3g和聚酰亚胺树脂1 1 X IO3g 经真空除泡复合成型，在温度为50 400°C下反应0. 5 72小时，得到玻璃纤维增强聚酰亚胺复合材料。本发明中，步骤(1)中所述碳纳米管为电弧放电、化学气相沉淀、模板法、太阳能法或激光蒸发法中的任一种制备的单壁或多壁碳纳米管或以其任意比例混合的混合物。本发明中，步骤(1)中所述无机酸为1 35%重量酸浓度的硝酸、1 55%重量酸浓度的硫酸或1 50%重量酸浓度的盐酸中任一种或其多种混合液。本发明中，步骤(2)中所述强氧化性酸均为0. 1 70%重量酸浓度硝酸、1 100%重量酸浓度硫酸、1 / 100 100 / 1摩尔比高锰酸钾和硫酸混合溶液、1 / 100 100 / 1摩尔比硝酸和硫酸混合溶液、1 / 100 100 / 1摩尔比高锰酸钾和硝酸混合溶液、 1 / 100 100 / 1摩尔比过氧化氢和硫酸混合液、1 / 100 100 / 1摩尔比过氧化氢和盐酸混合液或1 / 100 100 / 1摩尔比过氧化氢和硝酸混合液中任一种或其多种组合。本发明中，步骤(3)中所述酰化试剂为二氯亚砜、三氯化磷、五氯化磷、亚硫酰氯、 三溴化磷、五溴化磷或亚硫酰溴中任一种或其多种组合。本发明中，步骤(4)中所述偶联剂为铬络合物偶联剂、锆类偶联剂、硅烷类偶联剂、钛酸脂类偶联剂、铝酸酯类偶联剂、马来酸酐及其接枝共聚物类偶联剂、聚氨酯类偶联剂或嵌段聚合物类偶联剂中至少有一端带有活性氨基的偶联剂中任一种或其多种组合。本发明中，步骤(5)中所述玻璃纤维为长纤维、短纤维或编织纤维中任一种或其多种组合。本发明中，步骤(5)中所述有机溶剂为苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、丁基甲苯、全氯乙烯、三氯乙烯、乙烯基甲苯、乙烯乙二醇醚、二氯甲烷、二硫化碳、磷酸三邻甲酚、甲醇、乙醇、异丙醇、环己烷、环己酮、甲苯环己酮、乙醚、环氧丙烷、丙酮、甲基丁酮、甲基异丁酮、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、乙腈、吡啶、氯苯、二氯苯、二氯甲烷、三氯甲烷、 四氯化碳、三氯乙烯、四氯乙烯、三氯丙烷、二氯乙烷、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二氧六环或四氢呋喃中的任一种或其多种组合。本发明中，步骤(6)中所述的聚酰亚胺是热塑性的聚酰亚胺或热固性的聚酰亚胺中的任一种。本发明反应步骤简单，利用碳纳米管的强度和韧性改性玻璃纤维，制备的增强体可以强韧化树脂基体的粘结性能，可以显著提高复合材料的界面粘结强度以及复合材料的各项力学性能。
图1为实施例2中给出的碳纳米管表面接枝有偶联剂的描电镜图。
具体实施例方式下面的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。实施例1 以化学气相沉积法制备的单壁碳纳米管(0D<8nm)和玻璃纤维为最初原料，单壁碳纳米管经过纯化、酸化和酰化后，得到酰化的碳纳米管，再将酰化的碳纳米管与 Y “氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂溶液反应，得到碳纳米管表面接枝有偶联剂，再将表面接枝有偶联剂的碳纳米管与玻璃纤维反应，得到功能化玻璃纤维增强体；将功能化玻璃纤维增强体与聚酰亚胺树脂复合，得到玻璃纤维增强聚酰亚胺复合材料。步骤(1)在已装有搅拌器的250mL单颈圆底烧瓶中，加入5g经干燥的多壁碳纳米管原料和100mL、20%硝酸溶液，在40kHz超声波下处理1小时，然后加热至60°C，反应18 小时，用Ψ0.45μπι聚偏四氟乙烯微孔滤膜抽滤，用去离子水洗涤至滤液呈中性，60°C下真空干燥24小时后，得到纯化的多壁碳纳米管；
步骤(2)在已装有搅拌器的250mL单颈圆底烧瓶中，加入步骤(1)中得到的纯化的多壁碳纳米管原料4g和100mL、60%重量浓度浓硝酸，经IOOkHz超声波处理1小时后加热到 25°C，搅拌并回流下反应48小时，用Ψθ.22μπι聚偏四氟乙烯微孔滤膜抽滤，用去离子水洗涤至滤液呈中性，80°C真空干燥48小时后，得到酸化的多壁碳纳米管；
步骤(3)在已装有搅拌器的250mL单颈圆底烧瓶中，加入步骤(2)所得酸化的碳纳米管4g与酰化试剂60g混合，以40kHz超声波处理2小时后，加热到55°C，搅拌并回流反应 48小时，抽滤并洗涤除去酰化试剂及副产物，在80°C下真空干燥48小时后，得到酰化的碳纳米管；
步骤(4)将步骤(3)所得酰化的碳纳米管4. Og与300mL的偶联剂混合，在45°C下反应24小时，过滤并洗涤，在80°C真空干燥48小时后，得到碳纳米管表面接枝有偶联剂；
步骤(5)将步骤⑷所得表面接枝有偶联剂的碳纳米管4. Og和300mL乙醇混合，以 20kHz超声波处理1小时，使表面接枝有偶联剂的碳纳米管均勻分散在乙醇中，在50°C温度下，加入干燥的玻璃纤维500g，反应3小时后，过滤并洗涤，在70°C温度下真空干燥24小时，得到功能化玻璃纤维增强体；
步骤(6)将步骤(5)所得功能化玻璃纤维增强体500g和聚酰亚胺树脂520g经真空除泡复合成型，在温度为30(TC下反应24小时，得到玻璃纤维增强聚酰亚胺复合材料。
6
XPS结果表明单壁碳纳米管表面酰基含量为8.9%。实施例2 以电弧放电法制备的多壁碳纳米管(0D<8nm)和玻璃纤维为最初原料，多壁碳纳米管经过纯化、酸化和酰化后，得到酰化的碳纳米管，再将酰化的碳纳米管与 Y “氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂溶液反应，得到碳纳米管表面接枝有偶联剂，再将表面接枝有偶联剂的碳纳米管与玻璃纤维反应，得到功能化玻璃纤维增强体；将功能化玻璃纤维增强体与聚酰亚胺树脂复合，得到玻璃纤维增强聚酰亚胺复合材料。步骤(1)在已装有搅拌器的250mL单颈圆底烧瓶中，加入1. Ig经干燥的多壁碳纳米管原料和100mL、20%硝酸溶液，在IkHz超声波下处理24小时，然后加热至20°C，反应 48小时，用ΨΟ. 45ΜΠ1聚偏四氟乙烯微孔滤膜抽滤，用去离子水洗涤至滤液呈中性，65°C下真空干燥24小时后，得到纯化的多壁碳纳米管；
步骤(2)在已装有搅拌器的250mL单颈圆底烧瓶中，加入步骤(1)中得到的纯化的多壁碳纳米管原料1. Og和100mL、60%重量浓度浓硝酸，经120kHz超声波处理1小时后加热到25°C，搅拌并回流下反应48小时，用ΨΟ. 22ΜΠ1聚偏四氟乙烯微孔滤膜抽滤，用去离子水洗涤至滤液呈中性，80°C真空干燥48小时后，得到酸化的多壁碳纳米管；
步骤(3)在已装有搅拌器的250mL单颈圆底烧瓶中，加入步骤(2)所得酸化的碳纳米管1. Og与酰化试剂IOg混合，以40kHz超声波处理0. 5小时后，加热到55°C，搅拌并回流反应24小时，抽滤并洗涤除去酰化试剂及副产物，在80°C下真空干燥48小时后，得到酰化的碳纳米管；
步骤(4)将步骤(3)所得酰化的碳纳米管1. Og与IOOmL的偶联剂混合，以20kHz超声波处理5小时后，在200°C下反应0. 5小时，过滤并洗涤，80°C真空干燥48小时后，得到碳纳米管表面接枝有偶联剂；
步骤(5)将步骤⑷所得表面接枝有偶联剂的碳纳米管l.Og和IOOmL丙酮混合，以 20kHz超声波处理0.5小时，使表面接枝有偶联剂的碳纳米管均勻分散在丙酮中，在50°C温度下，加入干燥的玻璃纤维100g，反应1小时后，过滤并洗涤，在60°C温度下真空干燥24小时，得到功能化玻璃纤维增强体；
步骤(6)将步骤(5)所得功能化玻璃纤维增强体IOOg和聚酰亚胺树脂120g经真空除泡复合成型，在温度为30(TC下反应12小时，得到玻璃纤维增强聚酰亚胺复合材料。XPS分析结果表明多壁碳纳米管表面酰基含量为8. 4%。图1给出了碳纳米管表面接枝有偶联剂的描电镜图。实施例3 以激光蒸发法制备的单壁碳纳米管(0D<lnm)和玻璃纤维为最初原料，单壁碳纳米管经过纯化、酸化和酰化后，得到酰化的碳纳米管，再将酰化的碳纳米管与 N- β (氨乙基)-Y -氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂溶液反应，得到碳纳米管表面接枝有偶联剂，再将表面接枝有偶联剂的碳纳米管与玻璃纤维反应，得到功能化玻璃纤维增强体；将功能化玻璃纤维增强体与聚酰亚胺树脂复合，得到玻璃纤维增强聚酰亚胺复合材料。步骤(1)在已装有搅拌器的250mL单颈圆底烧瓶中，加入2. Ig经干燥的多壁碳纳米管原料和100mL、20%硝酸溶液，在50kHz超声波下处理1小时，然后加热至60°C，反应 24小时，用Ψ 0. 45Mm聚偏四氟乙烯微孔滤膜抽滤，用去离子水洗涤8次至滤液呈中性，70°C 下真空干燥24小时后，得到纯化的多壁碳纳米管；
步骤(2)在已装有搅拌器的250mL单颈圆底烧瓶中，加入步骤(1)中得到的纯化的多
7壁碳纳米管原料2g和100mL、60%重量浓度浓硝酸，经IOOkHz超声波处理1小时后加热到 25°C，搅拌并回流下反应48小时，用Ψθ.22μπι聚偏四氟乙烯微孔滤膜抽滤，用去离子水反复洗涤10次至滤液呈中性，80°C真空干燥48小时后，得到酸化的多壁碳纳米管；
步骤(3)在已装有搅拌器的250mL单颈圆底烧瓶中，加入步骤(2)所得酸化的碳纳米管2g与酰化试剂20g混合，以40kHz超声波处理2小时后，加热到50°C，搅拌并回流反应 48小时，抽滤并反复洗涤除去酰化试剂及副产物，在70°C下真空干燥40小时后，得到酰化的碳纳米管；
步骤⑷将步骤⑶所得酰化的碳纳米管2. Og与150mL的偶联剂混合，以IkHz超声波处理80小时后，在5°C温度下反应48小时，过滤并反复洗涤，在25°C温度下真空干燥48 小时，得到碳纳米管表面接枝有偶联剂；
步骤(5):将步骤(4)所得表面接枝有偶联剂的碳纳米管2. Og和200mL甲醇混合，以 40kHz超声波处理1.5小时，使表面接枝有偶联剂的碳纳米管均勻分散在甲醇中，在55°C温度下，加入干燥的玻璃纤维150g，反应2小时后，过滤并洗涤，在60°C温度下真空干燥24小时，得到功能化玻璃纤维增强体；
步骤(6)将步骤(5)所得功能化玻璃纤维增强体150g和聚酰亚胺树脂120g经真空除泡复合成型，在温度为330°C下反应8小时，得到玻璃纤维增强聚酰亚胺复合材料。XPS分析结果表明单壁碳纳米管表面酰基含量为8. 6%。实施例4:以激光蒸发法制备的单壁碳纳米管(0D<10nm)和玻璃纤维为最初原料，单壁碳纳米管经过纯化、酸化和酰化后，得到酰化的碳纳米管，再将酰化的碳纳米管与 Y _氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂溶液反应，得到碳纳米管表面接枝有偶联剂，再将表面接枝有偶联剂的碳纳米管与玻璃纤维反应，得到功能化玻璃纤维增强体；将功能化玻璃纤维增强体与聚酰亚胺树脂复合，得到玻璃纤维增强聚酰亚胺复合材料。步骤(1)在已装有搅拌器的250mL单颈圆底烧瓶中，加入1. Ig经干燥的多壁碳纳米管原料和100mL、30%硫酸溶液，在40kHz超声波下处理1小时，然后加热至50°C，反应 18小时，用Ψθ.45Μπι聚偏四氟乙烯微孔滤膜抽滤，用去离子水洗涤至滤液呈中性，60°C下真空干燥24小时后，得到纯化的多壁碳纳米管；
步骤(2)在已装有搅拌器的250mL单颈圆底烧瓶中，加入步骤(1)中得到的纯化的多壁碳纳米管原料Ig和100mL、70%重量浓度浓硫酸，经IOOkHz超声波处理1小时后加热到 120°C，搅拌并回流下反应48小时，用Ψθ.22μπι聚偏四氟乙烯微孔滤膜抽滤，用去离子水洗涤至滤液呈中性，80°C真空干燥48小时后，得到酸化的多壁碳纳米管；
步骤(3)在已装有搅拌器的250mL单颈圆底烧瓶中，加入步骤(2)所得酸化的碳纳米管1. Og与酰化试剂IOg混合，以40kHz超声波处理3小时后，加热到55°C，搅拌并回流反应 48小时，抽滤并洗涤除去酰化试剂及副产物，在80°C下真空干燥48小时后，得到酰化的碳纳米管；
步骤⑷将步骤⑶所得酰化的碳纳米管1. Og与IOOmL的偶联剂混合，在50°C下反应24小时，过滤并洗涤，在80°C温度下真空干燥24小时后，得到碳纳米管表面接枝有偶联剂；
步骤(5)将步骤⑷所得表面接枝有偶联剂的碳纳米管1. Og和IOOmL丙酮混合，以 20kHz超声波处理0.5小时，使表面接枝有偶联剂的碳纳米管均勻分散在丙酮中，在55°C温度下，加入干燥的玻璃纤维120g，反应2小时后，过滤并洗涤，在60°C温度下真空干燥24小时，得到功能化玻璃纤维增强体；
步骤(6)将步骤(5)所得功能化玻璃纤维增强体120g和聚酰亚胺树脂150g经真空除泡复合成型，在温度为30(TC下反应12小时，得到玻璃纤维增强聚酰亚胺复合材料。XPS结果表明单壁碳纳米管表面酰基含量为8.4%。实施例5 以电弧放电法制备的多壁碳纳米管(0D<8nm)和玻璃纤维为最初原料，多壁碳纳米管经过纯化、酸化和酰化后，得到酰化的碳纳米管，再将酰化的碳纳米管与 Y “氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂溶液反应，得到碳纳米管表面接枝有偶联剂，再将表面接枝有偶联剂的碳纳米管与玻璃纤维反应，得到功能化玻璃纤维增强体；将功能化玻璃纤维增强体与聚酰亚胺树脂复合，得到玻璃纤维增强聚酰亚胺复合材料。步骤(1)在已装有搅拌器的250mL单颈圆底烧瓶中，加入2. Ig经干燥的多壁碳纳米管原料和100mL、20%硝酸溶液，在IkHz超声波下处理24小时，然后加热至50°C，反应 48小时，用ΨΟ. 45ΜΠ1聚偏四氟乙烯微孔滤膜抽滤，用去离子水洗涤至滤液呈中性，65°C下真空干燥24小时后，得到纯化的多壁碳纳米管；
步骤(2)在已装有搅拌器的250mL单颈圆底烧瓶中，加入步骤(1)中得到的纯化的多壁碳纳米管原料2. Og和100mL、60%重量浓度浓硝酸，经120kHz超声波处理1小时后加热到75°C，搅拌并回流下反应48小时，用ΨΟ. 22ΜΠ1聚偏四氟乙烯微孔滤膜抽滤，用去离子水洗涤至滤液呈中性，80°C真空干燥48小时后，得到酸化的多壁碳纳米管；
步骤(3)在已装有搅拌器的250mL单颈圆底烧瓶中，加入步骤(2)所得酸化的碳纳米管2. Og与酰化试剂20g混合，以40kHz超声波处理0. 5小时后，加热到65°C，搅拌并回流反应24小时，抽滤并洗涤除去酰化试剂及副产物，在80°C下真空干燥48小时后，得到酰化的碳纳米管；
步骤(4)将步骤(3)所得酰化的碳纳米管2. Og与IOOmL的偶联剂混合，以50kHz超声波处理2小时后，在70°C下反应12小时，过滤并洗涤，80°C真空干燥48小时后，得到碳纳米管表面接枝有偶联剂；
步骤(5)将步骤⑷所得表面接枝有偶联剂的碳纳米管2. Og和IOOmL丙酮混合，以 30kHz超声波处理0.5小时，使表面接枝有偶联剂的碳纳米管均勻分散在丙酮中，在50°C温度下，加入干燥的玻璃纤维20g，反应6小时后，过滤并洗涤，在60°C温度下真空干燥24小时，得到功能化玻璃纤维增强体；
步骤(6)将步骤(5)所得功能化玻璃纤维增强体20g和聚酰亚胺树脂30g经真空除泡复合成型，在温度为30(TC下反应12小时，得到玻璃纤维增强聚酰亚胺复合材料。XPS分析结果表明多壁碳纳米管表面酰基含量为8. 6%。上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员理解和应用本发明。 熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.功能化玻璃纤维增强聚酰亚胺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 X IOg干燥的碳纳米管和10 1 X IO4HIL无机酸混合，在广120kHz超声波或10 r/mirTlO6 r/min的离心速度搅拌下处理0. 1 24小时，然后加热至20 150°C， 反应1 48小时，经去离子水稀释洗涤，微孔滤膜抽滤，洗涤至滤液呈中性，在温度为25 150°C下真空干燥1 48小时，得到纯化的碳纳米管；(2)将步骤(1)中得到的纯化碳纳米管0.1 1 X IOg和强氧化性酸1 1 X IO3HiL混合，在广120kHz超声波或10 r/mirTlO6 r/min的离心速度搅拌下处理0. 1 80小时，然后加热到25 120°C，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， 洗涤至滤液呈中性，在25 200°C温度下真空干燥1 48小时，得到酸化的碳纳米管；(3)将步骤(2)所得酸化的碳纳米管0.1 IXIOg与酰化试剂1 IX IO4g混合， 以广120kHz超声波或10 r/mirTlO6 r/min的离心速度搅拌下处理0.广80小时后，加热到 25 220°C，搅拌并回流反应0. 5 100小时，抽滤并洗涤除去酰化试剂及副产物，得到酰化的碳纳米管；(4)将步骤(3)所得酰化的碳纳米管0.1 1 X IOg与1 1 X IO3HiL的偶联剂混合，以广120kHz超声波或10 r/mirTlO6 r/min的离心速度搅拌下处理0.广80小时后，在5 200°C 温度下反应0. 5 48小时，过滤并洗涤，在25 200°C温度下真空干燥0. 1 48小时，得到碳纳米管表面接枝有偶联剂；(5)将步骤⑷所得表面接枝有偶联剂的碳纳米管0.1 1 X IOg和1 1 X IO3HiL有机溶剂混合，以广120kHz超声波或搅拌处理1分钟 24小时，使表面接枝有偶联剂的碳纳米管均勻分散在有机溶剂中，在5 150°C温度下，加入干燥的玻璃纤维1 IX 103g，反应 1分钟 96小时后，过滤并洗涤，在25 200°C温度下真空干燥0. 1 48小时，得到功能化玻璃纤维增强体；(6)将步骤(5)所得功能化玻璃纤维增强体1 1X IO3g和聚酰亚胺树脂1 1 X IO3g 经真空除泡复合成型，在温度为50 400°C下反应0. 5 72小时，得到玻璃纤维增强聚酰亚胺复合材料。
2.根据权利要求1所述的功能化玻璃纤维增强聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述碳纳米管包括化学气相沉积法、电弧放电法、太阳能法、模板法或激光蒸发法中的任一种制备的单壁或多壁碳纳米管或以其任意比例混合的混合物。
3.根据权利要求1所述的功能化玻璃纤维增强聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述无机酸为1 35%重量酸浓度的硝酸、1 55%重量酸浓度的硫酸或 1 50%重量酸浓度的盐酸中任一种或其多种混合液。
4.根据权利要求1所述的功能化玻璃纤维增强聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述强氧化性酸为0. 1 70%重量酸浓度硝酸、1 100%重量酸浓度硫酸、1 / 100 100 / 1摩尔比高锰酸钾和硫酸混合溶液、1 / 100 100 / 1摩尔比硝酸和硫酸混合溶液、1 / 100 100 / 1摩尔比高锰酸钾和硝酸混合溶液、1 / 100 100 / 1摩尔比过氧化氢和硫酸混合液、1 / 100 100 / 1摩尔比过氧化氢和盐酸混合液或1 / 100 100 / 1摩尔比过氧化氢和硝酸混合液中任一种或其多种组合。
5.根据权利要求1所述的功能化玻璃纤维增强聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述酰化试剂为二氯亚砜、三氯化磷、五氯化磷、亚硫酰氯、三溴化磷、五溴化磷或亚硫酰溴中任一种或其多种组合。
6.根据权利要求1所述的功能化玻璃纤维增强聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于步骤(4)中所述偶联剂为铬络合物偶联剂、锆类偶联剂、硅烷类偶联剂、钛酸脂类偶联剂、铝酸酯类偶联剂、马来酸酐及其接枝共聚物类偶联剂、聚氨酯类偶联剂或嵌段聚合物类偶联剂中至少有一端带有活性氨基的偶联剂中任一种或其多种组合。
7.根据权利要求1所述的功能化玻璃纤维增强聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于步骤(5)中所述玻璃纤维为长纤维、短纤维或编织纤维中任一种或其多种组合。
8.根据权利要求1所述的功能化玻璃纤维增强聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于步骤(5)中所述有机溶剂为苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、丁基甲苯、全氯乙烯、三氯乙烯、 乙烯基甲苯、乙烯乙二醇醚、二氯甲烷、二硫化碳、磷酸三邻甲酚、甲醇、乙醇、异丙醇、环己烷、环己酮、甲苯环己酮、乙醚、环氧丙烷、丙酮、甲基丁酮、甲基异丁酮、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、乙腈、吡啶、氯苯、二氯苯、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烯、四氯乙烯、三氯丙烷、二氯乙烷、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二氧六环或四氢呋喃中的任一种或其多种组合。
9.根据权利要求1所述的功能化玻璃纤维增强聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于步骤(6)中所述的聚酰亚胺是热塑性的聚酰亚胺或热固性的聚酰亚胺中的任一种。
全文摘要
本发明属于纳米技术领域，具体涉及一种功能化玻璃纤维增强聚酰亚胺复合材料的制备方法。本发明将碳纳米管经过纯化，再进行羧基化，酰化后，将酰化的碳纳米管与带有活性氨基的偶联剂反应，得到碳纳米管表面接枝有偶联剂，再将表面接枝有偶联剂的碳纳米管与玻璃纤维反应，得到功能化玻璃纤维增强体；将功能化玻璃纤维增强体与聚酰亚胺树脂复合，得到玻璃纤维增强聚酰亚胺复合材料。本发明反应步骤简单，利用碳纳米管的强度和韧性改性玻璃纤维，制备的增强体可以强韧化树脂基体的粘结性能，可以显著提高复合材料的界面粘结强度以及复合材料的各项力学性能。本发明制备的复合材料可以广泛应用于航空航天、汽车船舶、交通运输、机械电子以及民用等技术领域。
文档编号C08L79/08GK102220000SQ20111011643
公开日2011年10月19日 申请日期2011年5月6日 优先权日2011年5月6日
发明者王宗明, 邱军 申请人:同济大学