一種纖維雜化顆粒及聚合物基復合材料制造技術

本發明專利技術提供了一種纖維雜化顆粒及聚合物基復合材料。該纖維雜化顆粒由納米纖維和負載在納米纖維表面的納米顆粒組成；納米顆粒在納米纖維的表面覆蓋率為5％-100％；納米纖維的直徑為50nm-300nm，長度為1μm-100μm；納米顆粒的粒徑等于或小于納米纖維的直徑；納米纖維與納米顆粒的界面連接作用為物理吸附或/和化學鍵結合。本發明專利技術的聚合物基復合材料包括聚合物和填充于聚合物中的上述纖維雜化顆粒。該纖維雜化顆粒解決了顆粒狀和纖維狀納米材料團聚和纏繞問題的同時，賦予纖維狀雜化納米材料多重功能，以更加方便、有效的方式得到性能可控、多功能的聚合物基復合材料。

Fiber hybrid particle and polymer based composite material

The present invention provides a fiber hybrid particle and a polymer based composite material. The hybrid fiber particles composed of nanofibers and nanoparticles load on the surface of fiber; nano particles on the surface of nano fiber coverage is 5%-100%; the diameter of the nanofibers is 50nm-300nm, the length is 1 mu M-100 mu m; the particle size is equal to or less than the diameter of the nano fiber; nano fibers and nano particles the interface combination of physical adsorption and / or chemical bond. The polymer matrix composite of the present invention comprises a polymer and said fiber hybrid particles filled in the polymer. The hybrid fiber particles to solve the agglomeration of granular and fibrous materials and wound problems at the same time, given the fibrous nano hybrid material with multiple functions, more convenient and effective way to get the performance, controllable polymer composite multifunctional.

【技術實現步驟摘要】
一種纖維雜化顆粒及聚合物基復合材料
本專利技術涉及一種纖維雜化顆粒及由該纖維雜化顆粒構成的聚合物基復合材料，屬于納米纖維材料領域。
技術介紹
納米材料在廣義上定義為在三維空間中至少有一維處在納米尺度范圍(0.1nm-100nm)或由他們作為基本單元構成的材料。納米材料顆粒極細，表面積極大，在顆粒表面無序排列的原子百分數遠大于大尺度材料表面原子所占的百分數，導致納米材料具有傳統固體材料所不具備的特性，如體積效應，表面效應，量子尺寸效應，宏觀量子隧道效應和介電限域效應等，從而使納米材料具有微波吸收性能、高表面活性、強氧化性、超順磁性等。除以上基本特性，納米材料還具有特殊的光學、催化、化學反應動力學和特殊的物理機械性質等。納米材料的使用極大地豐富了材料的開發和應用。納米材料具有各種優異的特性，而高分子聚合物材料在力學、物理、化學、電學方面也擁有其獨特的性能。將納米材料與高分子聚合物材料進行復合，制備的復合材料既擁有納米材料的特殊性能又能保持高分子聚合物材料的優異特性。隨著科學技術的發展，要求材料具有多種復合性能或更為特殊的性能。因此，單種納米材料的應用在某些領域已不能滿足技術要求。為了達到此目標，納米材料的復合，成為了一種必然。以往的納米材料的復合技術是將幾種納米材料與其他物質(聚合物或納米材料)進行混合。但是，由于納米材料的高比表面積，表面活性很大，顆粒與顆粒之間極易通過范德華力吸附在一起，形成團聚體，并且不易再次分散開，從而使得在開發新材料的過程中不容易有效地控制材料的性能。納米纖維材料具有極大的比表面積、高橫縱比、極強的與其他物質的互相滲透力，納米纖維織物結構精細，具有極好的柔韌性、吸附性、過濾性等。納米纖維獨特的性能使其在膜材料、過濾介質、催化劑、電子產品、生物制品、復合增強材料等領域擁有巨大的市場潛力。但是，正是由于納米纖維材料具有極大的縱橫比和比表面積，將其與聚合物制備成復合材料時易纏繞，特別是與納米顆粒通過機械方法復合時，難以得到分散均勻的復合材料，性能難以控制。
技術實現思路
為了解決上述技術問題，本專利技術的目的在于提供一種纖維雜化顆粒及由該纖維雜化顆粒構成的聚合物基復合材料。該纖維雜化顆粒解決了顆粒狀和纖維狀納米材料團聚和纏繞問題的同時，賦予纖維狀雜化納米材料多重功能，以更加方便、有效的方式得到性能可控、多功能的聚合物基復合材料。為了實現上述技術目的，本專利技術首先提供了一種纖維雜化顆粒，該纖維雜化顆粒由納米纖維和負載在納米纖維表面的納米顆粒組成；其中，所述納米顆粒在所述納米纖維的表面覆蓋率為5％-100％；所述納米纖維的直徑為50nm-300nm，長度為1μm-100μm；所述納米顆粒的粒徑等于或小于所述納米纖維的直徑；所述納米纖維與所述納米顆粒的界面連接作用為物理吸附或/和化學鍵結合。在本專利技術提供的纖維雜化顆粒中，優選地，采用的納米顆粒的粒徑為5nm-50nm。在本專利技術提供的纖維雜化顆粒中，優選地，采用的納米纖維為納米導體纖維，采用的納米顆粒為絕緣氧化物納米顆?；虬雽w氧化物納米顆粒。納米導體纖維表面負載絕緣氧化物或半導體氧化物納米顆粒的纖維雜化顆粒的結構如圖1所示。在本專利技術提供的纖維雜化顆粒中，優選地，采用的納米導體纖維包括無機納米導體纖維和/或有機納米導體纖維。在本專利技術提供的纖維雜化顆粒中，優選地，采用的無機納米導體纖維包括碳納米管、納米金、納米銀、納米銅、納米鎳、納米鈦、納米鈷、納米鋁、納米鐵、納米銦、納米錫和納米鋅中的一種或幾種組合的合金。在本專利技術提供的纖維雜化顆粒中，優選地，采用的有機納米導體纖維包括由聚乙炔、聚噻吩(上海匯平化工有限公司生產)、聚吡咯(日本Carlit公司生產)、聚苯胺(石家莊冀安亞大新材料科技有限公司生產)、對位聚苯、聚苯撐乙烯和聚雙炔中的至少一種組成的納米導體纖維。在本專利技術提供的纖維雜化顆粒中，優選地，采用的絕緣氧化物納米顆粒包括鈦酸鋇納米顆粒、鈦酸鍶鋇納米顆粒、鈦酸鉛納米顆粒、鈦酸銅鈣納米顆粒、氮化硼納米顆粒、氮化鋁納米顆粒、氧化鋁納米顆粒、二氧化硅納米顆粒、二氧化鈦納米顆粒、鈦酸鈣納米顆粒和硫酸鈣納米顆粒中的至少一種。在本專利技術提供的纖維雜化顆粒中，優選地，采用的半導體氧化物納米顆粒包括氧化銀納米顆粒、氧化鋅納米顆粒、氧化亞銅納米顆粒、氧化銅納米顆粒、氧化錳納米顆粒、氧化鐵納米顆粒和氧化鈦納米顆粒中的至少一種。在本專利技術提供的纖維雜化顆粒中，優選地，采用的納米纖維為絕緣氧化物納米纖維或半導體氧化物納米纖維，采用的納米顆粒為導電微粒。絕緣氧化物納米纖維或半導體氧化物納米纖維表面負載導電微粒的纖維雜化顆粒的結構如圖2所示。在本專利技術提供的纖維雜化顆粒中，優選地，采用的絕緣氧化物納米纖維或半導體氧化物納米纖維包括由鈦酸鋇、鈦酸鍶鋇、鈦酸鉛、鈦酸銅鈣、氮化硼、氮化鋁、氧化鋁、二氧化硅、二氧化鈦、鈦酸鈣、硫酸鈣、氧化銀、氧化鋅、氧化亞銅、氧化銅、氧化錳和氧化鐵中的至少一種構成的絕緣氧化物納米纖維或半導體氧化物納米纖維。在本專利技術提供的纖維雜化顆粒中，優選地，采用的導電微粒包括金微粒、銀微粒、銅微粒、鎳微粒、鈦微粒、鈷微粒、鋁微粒、鐵微粒和錳微粒中的至少一種；或采用的導電微粒為導電碳微粒，更優選地，采用的導電碳微粒包括石墨、氧化石墨、石墨烯、納米炭管和炭黑中的至少一種；或采用的導電微粒為導電聚合物微粒，更優選地，采用的導電聚合物微粒包括由聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、對位聚苯、聚苯撐乙烯和聚雙炔中的至少一種組成的導電聚合物微粒。本專利技術提供的上述纖維雜化顆粒是通過納米纖維與納米顆粒之間物理吸附或/和化學鍵結合作用制備得到的，具體的制備方法如本專利技術的實施例所示，但不局限于實施例中的制備方法。本專利技術還提供了一種聚合物基復合材料，該聚合物基復合材料包括聚合物和填充于所述聚合物中的纖維雜化顆粒；其中，纖維雜化顆粒是上述的纖維雜化顆粒，采用的纖維雜化顆粒占該聚合物基復合材料總質量的10％-80％。在本專利技術提供的聚合物基復合材料中，優選地，采用的聚合物包括環氧樹脂(濟南圣泉集團股份有限公司生產)、聚酰亞胺樹脂(沁陽市天益化工有限公司生產)、聚酯樹脂(廣州產協高分子有限公司生產)、酚醛樹脂(濟南圣泉集團股份有限公司生產)和雙馬來酰亞胺三嗪樹脂(咸陽三精科工貿有限公司生產)中的至少一種。本專利技術提供的上述聚合物基復合材料，具體的制備方法如下：將纖維雜化顆粒分散與丁酮溶液中，經過攪拌和超聲分散處理1小時后，加入溶解于丁酮溶液的聚合物溶液；攪拌和超聲分散2小時，加入固化劑、固化促進劑、消泡劑、流變劑；其中，固化劑、固化促進劑、消泡劑、流變劑選擇本領域中常用的試劑即可，各物質的添加量可以按本領域的常規方式確定；超聲攪拌0.5小時后得到含有雜化顆粒的樹脂漿料；經過棒式涂布機涂膜，加熱交聯固化，得到聚合物基復合材料。本專利技術通過構建合理的納米結構，將顆粒狀納米微粒通過靜電吸附或化學鍵作用負載于納米纖維表面，在解決了顆粒狀和纖維狀納米材料團聚和纏繞問題的同時，賦予纖維狀雜化納米材料多重功能，以更加方便有效的方式制備性能可控、多功能的聚合物基復合材料。附圖說明圖1為納米導體纖維表面負載絕緣氧化物或半導體氧化物納米顆粒的纖維雜化顆粒的結構示意圖。圖2為絕緣氧化物納米纖維或半導體氧化物納米纖本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種纖維雜化顆粒，其特征在于，該纖維雜化顆粒由納米纖維和負載在納米纖維表面的納米顆粒組成；其中，所述納米顆粒在所述納米纖維的表面覆蓋率為5％?100％；所述納米纖維的直徑為50nm?300nm，長度為1μm?100μm；所述納米顆粒的粒徑等于或小于所述納米纖維的直徑；所述納米纖維與所述納米顆粒的界面連接作用為物理吸附或/和化學鍵結合。

【技術特征摘要】
1.一種纖維雜化顆粒，其特征在于，該纖維雜化顆粒由納米纖維和負載在納米纖維表面的納米顆粒組成；其中，所述納米顆粒在所述納米纖維的表面覆蓋率為5％-100％；所述納米纖維的直徑為50nm-300nm，長度為1μm-100μm；所述納米顆粒的粒徑等于或小于所述納米纖維的直徑；所述納米纖維與所述納米顆粒的界面連接作用為物理吸附或/和化學鍵結合。2.根據權利要求1所述的纖維雜化顆粒，其特征在于，所述納米顆粒的粒徑為5nm-50nm。3.根據權利要求1所述的纖維雜化顆粒，其特征在于，所述納米纖維為納米導體纖維，所述納米顆粒為絕緣氧化物納米顆?；虬雽w氧化物納米顆粒。4.根據權利要求3所述的纖維雜化顆粒，其特征在于，所述納米導體纖維包括無機納米導體纖維和/或有機納米導體纖維；其中，所述無機納米導體纖維包括碳納米管、納米金、納米銀、納米銅、納米鎳、納米鈦、納米鈷、納米鋁、納米鐵、納米銦、納米錫和納米鋅中的一種或幾種組合的合金；所述有機納米導體纖維包括由聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、對位聚苯、聚苯撐乙烯和聚雙炔中的至少一種組成的納米導體纖維。5.根據權利要求3所述的纖維雜化顆粒，其特征在于，所述絕緣氧化物納米顆粒包括鈦酸鋇納米顆粒、鈦酸鍶鋇納米顆粒、鈦酸鉛納米顆粒、鈦酸銅鈣納米顆粒、氮化硼納米顆粒、氮化鋁納米顆粒、氧化鋁納米顆粒、二氧化硅納米顆粒、二氧化鈦納米顆粒、鈦酸鈣納米顆粒和硫酸鈣納米顆粒中的至少一種；所述半導體氧化物納米顆粒包括氧化銀納米顆粒、氧化鋅納米顆粒、氧化亞銅納米顆粒、氧...

【專利技術屬性】
技術研發人員：于淑會，羅遂斌，孫蓉，王健，
申請(專利權)人：深圳先進技術研究院，
類型：發明
國別省市：廣東,44