专利名称：一种改性碳纳米管/尼龙复合材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及化工领域，特别涉及一种改性碳纳米管/尼龙复合材料。
背景技术：
碳纳米管被认为是复合材料的理想增强体，可以提高复合材料的韧性，强度以及导电性等，具有重大的研究价值。但是，由于碳纳米管的比表面积和表面能比较大，使得碳纳米管很容易团聚，影响了碳纳米管在基体中的分散。而且碳纳米管表面光滑，呈非极性， 不溶于一般的有机溶剂，与所有的聚合物都不相容，使得复合材料的界面作用不强，因此， 需要先将碳纳米管改性，再与聚合物复合，可以获得一种性能优异的复合材料。发明内容
本发明提出一种改性碳纳米管/尼龙复合材料，解决了现有技术中碳纳米管在聚合物中的分散及碳纳米管与聚合物基体的界面结合力问题，获得一种力学性能优异的复合材料。
本发明的技术方案是这样实现的改性碳纳米管，多壁碳纳米管，乙二胺，氯化亚砜，浓硝酸，浓硫酸，四氢呋喃，蒸馏水，无水乙醇，尼龙1212。
本发明的有益效果是
(I)本发明获得了一种改性碳纳米管，解决了碳纳米管在聚合物中的分散及与聚合物基体的界面结合力问题。
(2)本发明获得了一种力学性能优异的改性碳纳米管/尼龙复合材料。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明改性碳纳米管/尼龙1212的生产工艺流程图。
具体实施方式
本发明 经过广泛而深入的研究，通过采用被乙二胺改性的多壁碳纳米管与尼龙 1212复合，生产出一种改性碳纳米管/尼龙1212的复合材料，从而完成本发明。图1为本发明改性碳纳米管/尼龙1212的生产工艺流程图，步骤10:混酸(浓硫酸浓硝酸=3 I) 对多壁碳纳米管进行酸切割；步骤20 :酸切割碳纳米管与氯化亚砜反应，使碳纳米管表面的羧基转化为酰氯；步骤30:取定量的乙二胺与碳管，2 I的比例，对碳管进行接枝反应； 步骤40 :接枝反应后,获得改性碳纳米管；步骤50 :改性碳纳米管与尼龙1212在Brabender 流变仪上熔融共混；步骤60 :共混物一部分剪碎干燥后，在XNR-400A型熔体流动速率仪挤出成丝，在挤出过程中，边牵引尼龙1212复合材料，得到改性碳纳米管/尼龙1212复合材料
多壁碳纳米管
碳纳米管的独特结构决定了它具有许多特殊的物理和化学性质。组成碳纳米管的 C = C共价键是自然界最稳定的化学键，所以使得碳纳米管具有非常优异的力学性能。碳纳米管的机械性能及其小的直径和大的长径比将会给碳纳米管复合材料带来更好的增强效果O
本发明使用的多壁碳纳米管，采用了 CVD法生产。
优选地，所述的多壁碳纳米管平均直径小于8nm，长度10 30m，纯度大于95% (通过稀硝酸纯化)。
改性碳纳米管
称取5g原始多壁碳纳米管(p-MWNTs)，置于300ml的混酸(浓硫酸浓硝酸= 3 I)中50°C回流4h，然后真空抽滤，将得到的黑色固体反复用蒸馏水冲洗过滤，直至滤液PH值接近中性为止，得到酸切割碳纳米管(a-MWNTs)，将得到的产物置于80°C真空干燥箱中干燥24h，得到酸切割后的改性碳纳米管；将酸切割后的碳纳米管与氯化亚砜反应回流24h，将碳纳米管表面的羧基转换为酰氯。之后用四氢呋喃冲洗去氯化亚砜后，于室温下真空干燥24h。量取适量乙二胺与碳管，按2 I比例于130-140°C回流反应24h后冷却至室温。将反应产物滤出后用乙醇洗涤干燥，得到乙二胺功能改性的碳纳米管(MWNTs-EDA)。
尼龙1212
聚酰胺纤维俗称尼龙(Nylon),英文名称Polyamide (简称PA),密度1. 15g/cm3 ；, 是分子主链上含有重复酰胺基团-[NHCO]-的热塑性树脂总称。PA具有良好的综合性能， 包括力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学药品性和自润滑性，且摩擦系数低，有一定的阻燃性，易于加工，适于用玻璃纤维和其它填料填充增强改性，提高性能和扩大应用范围。
其他组分氯化·亚砜，浓硝酸，浓硫酸，四氢呋喃，蒸馏水，无水乙醇，均为市售原料。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、 或按照制造厂商所建议的条件进行。除非另外说明，否则所有的份数为重量份，所有的百分比为重量百分比，所述的聚合物分子量为数均分子量。
除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。
改性碳纳米管与尼龙1212的复合过程如下
将改性碳纳米管、原始碳纳米管与尼龙1212在Brabender流变仪上熔融共混。熔融共混条件
共混温度210°C进行熔融共混；
螺杆转速为30转/min ；
熔融共混时间10min。
将得到的共混物一部分剪碎干燥后，在XNR-400A型熔体流动速率仪挤出成丝，在挤出过程中，边牵引尼龙1212复合材料，得到热牵引后复合材料，牵引比可以通过横截面积求得；另一部分，通过模压成型，裁得标准试样，测试拉伸强度及断裂伸长率，拉伸速度为 50mm/min。同时，通过控制拉伸长度，得到常温牵引试样，牵引比可以通过横截面积变化求得。
通过实验发现，原始碳纳米管与尼龙1212复合材料在熔融共混时，随着碳纳米管含量的增加，体系的扭矩开始急剧增加，到O. 5份后变化较少，而改性碳纳米管，由于碳纳米管含有与尼龙相同的氨基基团，使得改性后的碳纳米管与尼龙的相容性得到很大提高， 体系的扭矩随着碳纳米管含量的增加基本不发生变化，碳纳米管与尼龙的分散性能必能得到提到。
通过力学性能分析，虽然胺化处理可以改善碳纳米管与尼龙1212之间的相容性， 但是改善的程度有限，因此随着碳纳米管含量的提高，团聚程度增加，界面的不相容性增加，因此材料的强度又随之下降；而断裂伸长率，逐渐下降的，说明碳纳米管的加入，不论量多少，都是会降低复合材料体系的相容性。对于原始碳纳米管，发现复合材料的拉伸强度不是很稳定，当加入量较少时，对拉伸强度影响不是很大，当加入量增加时，拉伸强度和断裂伸长率下降较明显，主要是原始碳纳米管与尼龙1212基体相容性不好，导致整体性能下降。同时也说明，改性碳纳米管才能对复合材料的力学性能有明显提高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发`明的保护范围之内。
权利要求
1.一种改性碳纳米管/尼龙复合材料，其特征在于，所述组合物组分包括以下组分改性碳纳米管，乙二胺，氯化亚砜，浓硝酸，浓硫酸，四氢呋喃，蒸馏水，无水乙醇，尼龙1212。
2.根据权利要求1所述的改性碳纳米管/尼龙复合材料，其特征在于，尼龙1212熔点 170。。-176。。;粒度分布=80-250 目。
3.根据权利要求1所述的改性碳纳米管/尼龙复合材料，其特征在于，改性碳纳米管包括含有以下组分多壁碳纳米管，乙二胺，氯化亚砜，浓硝酸，浓硫酸，四氢呋喃，蒸馏水， 无水乙醇。
4.根据权利要求3所述的改性碳纳米管/尼龙复合材料，其特征在于，改性碳纳米管是经过多壁碳纳米管与乙二胺接枝而被改性的。
5.根据权利要求3所述的改性碳纳米管/尼龙复合材料，其特征在于，管径10-30nm， 纯度> 90%。
全文摘要
本发明提出了一种改性碳纳米管/尼龙复合材料，所述组合物组分包括以下组分多壁碳纳米管，乙二胺，氯化亚砜，浓硝酸，浓硫酸，四氢呋喃，蒸馏水，无水乙醇，尼龙1212。还提供了所述改性碳纳米管的合成方法及改性碳纳米管/尼龙复合材料的生产工艺，获得一种性能优异的碳纳米管/尼龙复合材料。
文档编号C08K3/04GK103044914SQ20121059436
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月10日 优先权日2012年12月10日
发明者张勇, 朱春林, 郑典君, 王莉 申请人:青岛宝丽曼高分子材料研究院有限公司