一種纖維表面復(fù)合納米粒子的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于纖維復(fù)合材料領(lǐng)域，闡述了納米粒子復(fù)合到纖維表面的一種方法。其過(guò)程是：用超聲波分散納米粒子，制備納米粒子懸浮液。將三羥甲基氨基甲烷(Tri)固體溶于懸浮液中，用稀酸調(diào)節(jié)溶液pH為7～9時(shí)，停止滴加稀酸溶液。將多巴胺固體加入到配置好的混合溶液中，得到含有納米粒子的多巴胺緩沖溶液。將纖維放于含有納米粒子的多巴胺緩沖溶液中，在15～40℃下反應(yīng)，納米粒子粘附到纖維表面。將納米包覆纖維于80～100℃的真空干燥箱中干燥，直至其完全干燥，制得納米粒子包覆纖維。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種纖維表面復(fù)合納米粒子的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于纖維復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及納米粒子與纖維表面的一種復(fù)合方法。
【背景技術(shù)】
[0002]纖維表面處理一直是纖維復(fù)合材料領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。為了改善纖維與基體之間的界面相互作用，提高復(fù)合材料的性能，通常需要對(duì)纖維表面處理。近年來(lái)，納米材料在理論和實(shí)際應(yīng)用中，越來(lái)越引起人們的重視。目前，纖維表面主要是通過(guò)偶聯(lián)劑和等離子體等方法處理或者是通過(guò)表面接枝的方式處理。本發(fā)明提出了利用納米粒子復(fù)合到纖維表面的一種方法，以期借助納米粒子在纖維復(fù)合材料中實(shí)現(xiàn)材料的功能化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本專(zhuān)利提供了納米粒子粘附到纖維表面的一種方法
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0005]制備過(guò)程:
[0006]用超聲波分散納米粒子，制備納米粒子濃度為0.02%?0.05%的懸浮液。將三羥甲基氨基甲烷(Tri)固體溶于此懸浮液中，配置成濃度為0.01?0.03mol/L的Tri溶液，然后逐漸向溶液中滴加稀酸溶液，直至溶液的PH達(dá)到7?9，停止滴加稀鹽酸。將多巴胺固體加入到配置好的Tr1-稀鹽酸溶液中，得到含有納米粒子的多巴胺緩沖溶液。將纖維浸泡于多巴胺緩沖溶液中，在15?40°C下反應(yīng)，得到納米粒子粘附纖維。將復(fù)合纖維于80?100°C下的真空干燥箱中干燥，制得納米粒子復(fù)合纖維。
[0007]上述納米粒子與纖維表面的復(fù)合方法，其在于納米粒子用超聲波分散后，納米粒子可以均勻粘結(jié)在纖維的表面，不會(huì)出現(xiàn)纖維表面納米粒子的團(tuán)聚現(xiàn)象。
[0008]上述納米粒子與纖維表面的復(fù)合方法，其在于Tr1-稀鹽酸溶液的配置過(guò)程中酸溶液一定不能過(guò)量，否則多巴胺在酸性溶液中自聚合過(guò)程較慢或者不能夠自聚合成聚多巴胺，會(huì)使纖維表面的粘結(jié)性降低。
[0009]上述納米粒子與纖維表面的復(fù)合方法，其在于在纖維浸泡過(guò)程中，多巴胺自聚合生成的聚多巴胺層會(huì)被氧化，降低復(fù)合纖維的粘結(jié)性，需在氮?dú)獾沫h(huán)境下靜置反應(yīng)。
[0010]上述納米粒子與纖維表面的復(fù)合方法，其在于多巴胺的濃度要在I?4g/L之間，且纖維在多巴胺緩沖溶液中的反應(yīng)時(shí)間在3?7小時(shí),纖維表面就可以充分粘附聚多巴胺。
[0011]檢測(cè)方法:
[0012]制取長(zhǎng)15?20_的納米粒子包覆纖維，利用表面張力測(cè)試儀測(cè)試這種復(fù)合纖維的動(dòng)態(tài)接觸角，通過(guò)接觸角的變化表征納米粒子復(fù)合到纖維的表面。
【具體實(shí)施方式】
:
[0013]下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明:
[0014]實(shí)施例1
[0015](I)稱(chēng)取15g氮化硼(BN)納米粒子溶于500ml蒸餾水中，用超聲波進(jìn)行分散，得到BN濃度為0.03%的納米粒子懸浮液。
[0016](2)稱(chēng)取0.61g三羥甲基氨基甲烷(Tri)溶于BN納米粒子懸浮液中，此時(shí)測(cè)得溶液的PH為9.9，然后向溶液中不斷滴加稀鹽酸溶液，直至溶液的pH值為7.5時(shí)，停止滴加。稱(chēng)取0.7g多巴胺固體溶于配置好的溶液中，得到1.4g/L含有納米粒子的多巴胺緩沖溶液。
[0017](3)將40g玻璃纖維加入到含有納米粒子的多巴胺緩沖溶液中，在氮?dú)獾沫h(huán)境下機(jī)械攪拌lOmin，于20°C下反應(yīng)4小時(shí)，得到BN包覆玻璃纖維。
[0018](4)將BN包覆玻璃纖維放置于托盤(pán)中，放于溫度為80°C下的真空干燥箱中，直至完全干燥。
[0019](5)制取長(zhǎng)約15mm的復(fù)合玻璃纖維，用表面張力測(cè)試儀測(cè)試其與蒸餾水的動(dòng)態(tài)接觸角，其動(dòng)態(tài)接觸角相對(duì)于純纖維的降低了 7.1°，則BN納米粒子粘結(jié)到玻璃纖維的表面。
[0020]實(shí)施例2
[0021](I)稱(chēng)取12g碳化硅(SiC)納米粒子溶于300ml蒸餾水中，用超聲波進(jìn)行分散，得到SiC濃度為0.04%納米粒子懸浮液。
[0022](2)稱(chēng)取0.75g三羥甲基氨基甲烷(Tri)溶于SiC納米粒子懸浮液中，此時(shí)測(cè)得溶液的PH為10.7，然后向溶液中不斷滴加稀鹽酸溶液，直至溶液的pH值為8.5時(shí)，停止滴力口。稱(chēng)取0.48g多巴胺固體溶于配置好的溶液中，得到1.6g/L含有納米粒子的多巴胺緩沖溶液。
[0023](3)將21g玻璃纖維加入到含有納米粒子的多巴胺緩沖溶液中，在氮?dú)獾沫h(huán)境下機(jī)械攪拌20min，于25°C下反應(yīng)7小時(shí)，得到SiC包覆玻璃纖維。
[0024](4)將SiC包覆玻璃纖維放置于托盤(pán)中，放于溫度為90°C下的真空干燥箱中，直至完全干燥。
[0025](5)制取長(zhǎng)約20mm的復(fù)合玻璃纖維，用表面張力測(cè)試儀測(cè)試其與蒸餾水的動(dòng)態(tài)接觸角，其動(dòng)態(tài)接觸角相對(duì)于純纖維的降低了 9.3°，則SiC納米粒子粘結(jié)到玻璃纖維的表面。
[0026]實(shí)施例3
[0027](I)稱(chēng)取35g氮化硼(BN)納米粒子溶于700ml蒸餾水中，用超聲波進(jìn)行分散，得到BN濃度為0.05%的納米粒子懸浮液。
[0028](2)稱(chēng)取1.Sg三羥甲基氨基甲烷(Tri)溶于BN納米粒子懸浮液中，此時(shí)測(cè)得溶液的PH為9.3，然后向溶液中不斷滴加稀鹽酸溶液，直至溶液的pH值為8.5時(shí)，停止滴加。稱(chēng)取1.4g多巴胺固體溶于配置好的溶液中，得到2.0g/L含有納米粒子的多巴胺緩沖溶液。
[0029](3)將56g碳纖維加入到含有納米粒子的多巴胺緩沖溶液中，在氮?dú)獾沫h(huán)境下機(jī)械攪拌15min,于15°C下反應(yīng)3小時(shí),得到BN包覆碳纖維。
[0030](4)將BN包覆碳纖維放置于托盤(pán)中，放于溫度為95°C下的真空干燥箱中，直至完全干燥。
[0031](5)制取長(zhǎng)約25_的復(fù)合碳纖維，用表面張力測(cè)試儀測(cè)試其與蒸餾水的動(dòng)態(tài)接觸角，其動(dòng)態(tài)接觸角相對(duì)于純纖維的降低了 15.7°，則BN納米粒子粘結(jié)到碳纖維的表面。
[0032]實(shí)施例4
[0033](I)稱(chēng)取25g碳化硅(SiC)納米粒子溶于500ml蒸餾水中，用超聲波進(jìn)行分散，得到SiC濃度為0.05%的納米粒子懸浮液。
[0034](2)稱(chēng)取1.2g三羥甲基氨基甲烷(Tri)溶于SiC納米粒子懸浮液中，此時(shí)測(cè)得溶液的PH為8.9，然后向溶液中不斷滴加稀鹽酸溶液，直至溶液的pH值為7.5時(shí)，停止滴加。稱(chēng)取2.0g多巴胺固體溶于配置好的溶液中，得到4.0g/L含有納米粒子的多巴胺緩沖溶液。
[0035](3)將50g竹纖維加入到含有納米粒子的多巴胺緩沖溶液中，在氮?dú)獾沫h(huán)境下機(jī)械攪拌30min，于35°C下反應(yīng)5小時(shí)，得到SiC包覆竹纖維。
[0036](4)將SiC包覆竹纖維放置于托盤(pán)中，放于溫度為100°C下的真空干燥箱中，直至完全干燥。
[0037](5)制取長(zhǎng)約20mm的復(fù)合竹纖維，用表面張力測(cè)試儀測(cè)試其與蒸餾水的動(dòng)態(tài)接觸角，其動(dòng)態(tài)接觸角相對(duì)于純纖維的降低了 11.5°，則SiC納米粒子粘結(jié)到竹纖維的表面。
[0038]實(shí)施例5
[0039](I)稱(chēng)取12g碳納米管溶于400ml蒸餾水中，用超聲波進(jìn)行分散，得到碳納米管濃度為0.03%的納米粒子懸浮液。
[0040](2)稱(chēng)取1.3g三羥甲基氨基甲烷(Tri)溶于碳納米管納米粒子懸浮液中，此時(shí)測(cè)得溶液的PH為10.3，然后向溶液中不斷滴加稀鹽酸溶液，直至溶液的pH值為8.5時(shí)，停止滴加。稱(chēng)取1.0g多巴胺固體溶于配置好的溶液中，得到2.5g/L含有納米粒子的多巴胺緩沖溶液。
[0041](3)將28g玻璃纖維加入到含有納米粒子的多巴胺緩沖溶液中，在氮?dú)獾沫h(huán)境下機(jī)械攪拌25min,于25°C下反應(yīng)6小時(shí),得到碳納米管包覆玻璃纖維。
[0042](4)將碳納米管包覆玻璃纖維放置于托盤(pán)中，放于80°C下的真空干燥箱中，直至完全干燥。
[0043](5)制取長(zhǎng)約15mm的復(fù)合玻璃纖維，用表面張力測(cè)試儀測(cè)試其與蒸餾水的動(dòng)態(tài)接觸角，其動(dòng)態(tài)接觸角相對(duì)于純纖維的降低了 13.2°，則碳納米管粘結(jié)到玻璃纖維的表面。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.用超聲波分散納米粒子，制備納米粒子懸浮液。2.將三羥基氨基甲烷(NH2C(CH2OH)3)(Tri)加入到納米粒子懸浮液中，得到Tri水溶液，用稀酸溶液調(diào)節(jié)PH至7?9。將多巴胺固體加入到已配置好的混合溶液中，制得多含有納米粒子的巴胺緩沖溶液。3.將纖維加入到已配置好的含有納米粒子的多巴胺溶液中，在15?40°C下反應(yīng)，制得納米粒子包覆纖維。4.將制備的納米粒子包覆纖維放于真空干燥箱中，在80?100°C下直至纖維完全干燥。5.根據(jù)權(quán)利要求1所示的復(fù)合方法，其特征是所用的納米粒子可以為碳納米管、氮化硼(BN)顆粒、碳化硅(SiC)和二氧化硅(S12),納米粒子的用量是水溶液質(zhì)量的0.02%?0.05%。6.根據(jù)權(quán)利要求2所示的復(fù)合方法，其特征是三羥基氨基甲烷(NH2C(CH2OH)3)的濃度為0.01?0.03mol/L，所用的稀酸溶液為稀鹽酸。7.根據(jù)權(quán)利要求2所示的復(fù)合方法，其特征是多巴胺緩沖溶液的濃度為1.0?4.0g/L08.根據(jù)權(quán)利要求3所示的的復(fù)合方法，其特征是所用的纖維是玻璃纖維、碳纖維和天然纖維，纖維在多巴胺緩沖溶液中的反應(yīng)時(shí)間為3?7小時(shí)。9.根據(jù)權(quán)利要求所示的的復(fù)合方法，其特征是所用的纖維質(zhì)量占水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是5% ?10%o
【文檔編號(hào)】D06M11/80GK105887469SQ201410530908
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2014年9月30日
【發(fā)明人】萬(wàn)通, 李敬, 涂亞鵬
【申請(qǐng)人】天津科技大學(xué)