一種改性碳納米管/尼龍複合材料的製作方法

2023-08-10 03:41:11 2

專利名稱：一種改性碳納米管/尼龍複合材料的製作方法
技術領域：
本發明涉及化工領域，特別涉及一種改性碳納米管/尼龍複合材料。
背景技術：
碳納米管被認為是複合材料的理想增強體，可以提高複合材料的韌性，強度以及導電性等，具有重大的研究價值。但是，由於碳納米管的比表面積和表面能比較大，使得碳納米管很容易團聚，影響了碳納米管在基體中的分散。而且碳納米管表面光滑，呈非極性， 不溶於一般的有機溶劑，與所有的聚合物都不相容，使得複合材料的界面作用不強，因此， 需要先將碳納米管改性，再與聚合物複合，可以獲得一種性能優異的複合材料。發明內容
本發明提出一種改性碳納米管/尼龍複合材料，解決了現有技術中碳納米管在聚合物中的分散及碳納米管與聚合物基體的界面結合力問題，獲得一種力學性能優異的複合材料。
本發明的技術方案是這樣實現的改性碳納米管，多壁碳納米管，乙二胺，氯化亞碸，濃硝酸，濃硫酸，四氫呋喃，蒸餾水，無水乙醇，尼龍1212。
本發明的有益效果是
(I)本發明獲得了一種改性碳納米管，解決了碳納米管在聚合物中的分散及與聚合物基體的界面結合力問題。
(2)本發明獲得了一種力學性能優異的改性碳納米管/尼龍複合材料。


為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明改性碳納米管/尼龍1212的生產工藝流程圖。
具體實施方式
本發明 經過廣泛而深入的研究，通過採用被乙二胺改性的多壁碳納米管與尼龍 1212複合，生產出一種改性碳納米管/尼龍1212的複合材料，從而完成本發明。圖1為本發明改性碳納米管/尼龍1212的生產工藝流程圖，步驟10:混酸(濃硫酸濃硝酸=3 I) 對多壁碳納米管進行酸切割；步驟20 :酸切割碳納米管與氯化亞碸反應，使碳納米管表面的羧基轉化為醯氯；步驟30:取定量的乙二胺與碳管，2 I的比例，對碳管進行接枝反應； 步驟40 :接枝反應後,獲得改性碳納米管；步驟50 :改性碳納米管與尼龍1212在Brabender 流變儀上熔融共混；步驟60 :共混物一部分剪碎乾燥後，在XNR-400A型熔體流動速率儀擠出成絲，在擠出過程中，邊牽引尼龍1212複合材料，得到改性碳納米管/尼龍1212複合材料
多壁碳納米管
碳納米管的獨特結構決定了它具有許多特殊的物理和化學性質。組成碳納米管的 C = C共價鍵是自然界最穩定的化學鍵，所以使得碳納米管具有非常優異的力學性能。碳納米管的機械性能及其小的直徑和大的長徑比將會給碳納米管複合材料帶來更好的增強效果O
本發明使用的多壁碳納米管，採用了 CVD法生產。
優選地，所述的多壁碳納米管平均直徑小於8nm，長度10 30m，純度大於95% (通過稀硝酸純化)。
改性碳納米管
稱取5g原始多壁碳納米管(p-MWNTs)，置於300ml的混酸(濃硫酸濃硝酸= 3 I)中50°C回流4h，然後真空抽濾，將得到的黑色固體反覆用蒸餾水衝洗過濾，直至濾液PH值接近中性為止，得到酸切割碳納米管(a-MWNTs)，將得到的產物置於80°C真空乾燥箱中乾燥24h，得到酸切割後的改性碳納米管；將酸切割後的碳納米管與氯化亞碸反應回流24h，將碳納米管表面的羧基轉換為醯氯。之後用四氫呋喃衝洗去氯化亞碸後，於室溫下真空乾燥24h。量取適量乙二胺與碳管，按2 I比例於130-140°C回流反應24h後冷卻至室溫。將反應產物濾出後用乙醇洗滌乾燥，得到乙二胺功能改性的碳納米管(MWNTs-EDA)。
尼龍1212
聚醯胺纖維俗稱尼龍(Nylon),英文名稱Polyamide (簡稱PA),密度1. 15g/cm3 ；, 是分子主鏈上含有重複醯胺基團-[NHCO]-的熱塑性樹脂總稱。PA具有良好的綜合性能， 包括力學性能、耐熱性、耐磨損性、耐化學藥品性和自潤滑性，且摩擦係數低，有一定的阻燃性，易於加工，適於用玻璃纖維和其它填料填充增強改性，提高性能和擴大應用範圍。
其他組分氯化·亞碸，濃硝酸，濃硫酸，四氫呋喃，蒸餾水，無水乙醇，均為市售原料。
下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。下列實施例中未註明具體條件的實驗方法，通常按照國家標準測定。若沒有相應的國家標準，則按照通用的國際標準、常規條件、 或按照製造廠商所建議的條件進行。除非另外說明，否則所有的份數為重量份，所有的百分比為重量百分比，所述的聚合物分子量為數均分子量。
除非另有定義或說明，本文中所使用的所有專業與科學用語與本領域技術熟練人員所熟悉的意義相同。此外任何與所記載內容相似或均等的方法及材料皆可應用於本發明方法中。
改性碳納米管與尼龍1212的複合過程如下
將改性碳納米管、原始碳納米管與尼龍1212在Brabender流變儀上熔融共混。熔融共混條件
共混溫度210°C進行熔融共混；
螺杆轉速為30轉/min ；
熔融共混時間10min。
將得到的共混物一部分剪碎乾燥後，在XNR-400A型熔體流動速率儀擠出成絲，在擠出過程中，邊牽引尼龍1212複合材料，得到熱牽引後複合材料，牽引比可以通過橫截面積求得；另一部分，通過模壓成型，裁得標準試樣，測試拉伸強度及斷裂伸長率，拉伸速度為 50mm/min。同時，通過控制拉伸長度，得到常溫牽引試樣，牽引比可以通過橫截面積變化求得。
通過實驗發現，原始碳納米管與尼龍1212複合材料在熔融共混時，隨著碳納米管含量的增加，體系的扭矩開始急劇增加，到O. 5份後變化較少，而改性碳納米管，由於碳納米管含有與尼龍相同的氨基基團，使得改性後的碳納米管與尼龍的相容性得到很大提高， 體系的扭矩隨著碳納米管含量的增加基本不發生變化，碳納米管與尼龍的分散性能必能得到提到。
通過力學性能分析，雖然胺化處理可以改善碳納米管與尼龍1212之間的相容性， 但是改善的程度有限，因此隨著碳納米管含量的提高，團聚程度增加，界面的不相容性增加，因此材料的強度又隨之下降；而斷裂伸長率，逐漸下降的，說明碳納米管的加入，不論量多少，都是會降低複合材料體系的相容性。對於原始碳納米管，發現複合材料的拉伸強度不是很穩定，當加入量較少時，對拉伸強度影響不是很大，當加入量增加時，拉伸強度和斷裂伸長率下降較明顯，主要是原始碳納米管與尼龍1212基體相容性不好，導致整體性能下降。同時也說明，改性碳納米管才能對複合材料的力學性能有明顯提高。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發`明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種改性碳納米管/尼龍複合材料，其特徵在於，所述組合物組分包括以下組分改性碳納米管，乙二胺，氯化亞碸，濃硝酸，濃硫酸，四氫呋喃，蒸餾水，無水乙醇，尼龍1212。
2.根據權利要求1所述的改性碳納米管/尼龍複合材料，其特徵在於，尼龍1212熔點 170。。-176。。;粒度分布=80-250 目。
3.根據權利要求1所述的改性碳納米管/尼龍複合材料，其特徵在於，改性碳納米管包括含有以下組分多壁碳納米管，乙二胺，氯化亞碸，濃硝酸，濃硫酸，四氫呋喃，蒸餾水， 無水乙醇。
4.根據權利要求3所述的改性碳納米管/尼龍複合材料，其特徵在於，改性碳納米管是經過多壁碳納米管與乙二胺接枝而被改性的。
5.根據權利要求3所述的改性碳納米管/尼龍複合材料，其特徵在於，管徑10-30nm， 純度> 90%。
全文摘要
本發明提出了一種改性碳納米管/尼龍複合材料，所述組合物組分包括以下組分多壁碳納米管，乙二胺，氯化亞碸，濃硝酸，濃硫酸，四氫呋喃，蒸餾水，無水乙醇，尼龍1212。還提供了所述改性碳納米管的合成方法及改性碳納米管/尼龍複合材料的生產工藝，獲得一種性能優異的碳納米管/尼龍複合材料。
文檔編號C08K3/04GK103044914SQ20121059436
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月10日 優先權日2012年12月10日
發明者張勇, 朱春林, 鄭典君, 王莉 申請人:青島寶麗曼高分子材料研究院有限公司