本發明屬于復合材料制備領域，具體涉及一種碳納米管改性纖維復合材料及其制備方法和應用。

背景技術：

1、碳納米管是由一層或多層石墨片按照一定螺旋角卷曲而成的、直徑為納米量級的圓柱殼體。根據石墨片層數的不同，碳納米管可分為單壁碳納米管、雙壁碳納米管和多壁碳納米管。碳納米管繼承了石墨的一系列優良特性，如耐熱、耐腐蝕，傳熱和導電性好，高溫強度高等。碳納米管是一種完全由單一的輕元素碳以變性的sp2雜化共價鍵的方式組組成的具有管狀結構的星星材料，因其獨特的一維結構和納米級的尺寸而具有許多優秀的性能。它不僅具有優異的力學、光學、磁學性能，還具有靈活可變的電學性質、優異的導熱性，是物理學、化學、電子學、材料科學等學科中的前沿研究對象。

2、在吸波材料領域，碳納米管由于極高的比表面積和長徑比，能夠有效吸收和散射電磁波，降低反射率。其次，碳納米管輕質和易于加工的特性使其適用于各種應用，無論是作為填料還是涂層都能較好地發揮其性能。但是，碳納米管的比表面能較高，在直接使用時不可避免的會出現團聚和難以分散的問題。

技術實現思路

1、有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種碳納米管改性纖維復合材料及其制備方法和應用，所要解決的問題是通過化學鍍將鎳基催化劑牢固、完全地包覆在纖維表面，可以有效提高催化劑的負載量和結合強度；此外，通過化學鍍可以調節金屬催化劑在纖維表面的負載量，鎳基催化劑可以彌補碳納米管的磁性能較低的缺點。

2、本發明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。本發明提出的一種碳納米管改性纖維復合材料的制備方法，包括以下步驟：

3、步驟一，將纖維材料裁剪并進行熱處理；

4、步驟二，將步驟一得到的纖維材料浸入化學鍍液中保溫，使纖維表面包覆鎳基催化劑；

5、步驟三，將步驟二得到的表面包覆鎳基催化劑的纖維在反應氣體存在下生長碳納米管，得到所述碳納米管改性纖維復合材料。

6、本發明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。

7、優選的，前述的碳納米管改性纖維復合材料的制備方法，其中步驟一中，所述纖維材料選自玻璃纖維、碳纖維、碳化硅纖維和玄武巖纖維中的至少一種。

8、優選的，前述的碳納米管改性纖維復合材料的制備方法，其中步驟一中，所述熱處理的溫度為600～800℃；所述熱處理的時間為20～40min。

9、優選的，前述的碳納米管改性纖維復合材料的制備方法，其中步驟二中，所述化學鍍液為六水和硫酸鎳、次亞磷酸鈉、檸檬酸鈉、氯化銨和氨水的混合溶液。

10、優選的，前述的碳納米管改性纖維復合材料的制備方法，其中步驟二中，所述化學鍍液中，所述六水合硫酸鎳、次亞磷酸鈉、檸檬酸鈉、氯化銨及水的質量比例為2～5：0.5～2：1～3：3～6：100。

11、優選的，前述的碳納米管改性纖維復合材料的制備方法，其中步驟二中，所述化學鍍液的ph值為8～10。

12、優選的，前述的碳納米管改性纖維復合材料的制備方法，其中步驟二中，所述保溫的溫度為60～90℃；所述保溫的時間為5min～60min。

13、優選的，前述的碳納米管改性纖維復合材料的制備方法，其中步驟三中，所述碳納米管生長的溫度為500～850℃。

14、優選的，前述的碳納米管改性纖維復合材料的制備方法，其中步驟三中，所述反應氣體包括保護氣體、碳源氣體及還原性氣體。

15、優選的，前述的碳納米管改性纖維復合材料的制備方法，其中步驟三中，所述保護氣體選自氬氣、氮氣和氦氣中的至少一種。

16、優選的，前述的碳納米管改性纖維復合材料的制備方法，其中步驟三中，所述保護氣體的流量為500～2000sccm。

17、優選的，前述的碳納米管改性纖維復合材料的制備方法，其中步驟三中，所述還原性氣體為氫氣。

18、優選的，前述的碳納米管改性纖維復合材料的制備方法，其中步驟三中，所述還原性氣體的流量為50～1000sccm。

19、優選的，前述的碳納米管改性纖維復合材料的制備方法，其中步驟三中，所述碳源氣體選自甲烷、乙炔和乙烯中的至少一種。

20、優選的，前述的碳納米管改性纖維復合材料的制備方法，其中步驟三中，所述碳源氣體的流量為50～500sccm。

21、本發明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。本發明提出的一種碳納米管改性纖維復合材料，所述碳納米改性纖維復合材料包括纖維、碳納米管及ni基催化劑，所述纖維的表面包覆有鎳基催化劑，所述ni基催化劑上生長有碳納米管并形成陣列結構，所述碳納米管的直徑為10～30nm。

22、本發明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。

23、優選的，前述的碳納米管改性纖維復合材料，所述碳納米管改性纖維復合材料的拉伸強度為793～1786mpa，碳納米管比重為47.23wt％～81.02wt％，最佳吸波效能為-52.26～-19.62db。

24、本發明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。本發明提出的一種纖維吸波材料，所述纖維吸波材料包括碳納米管改性纖維復合材料，所述碳納米改性纖維復合材料包括纖維、碳納米管及ni基催化劑，所述纖維的表面包覆有鎳基催化劑，所述ni基催化劑上生長有碳納米管并形成陣列結構，所述碳納米管的直徑為10～30nm。

25、本發明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。

26、優選的，前述的纖維吸波材料，所述纖維吸波材料為樹脂基復合材料增強體、吸波涂層、吸波填料或吸波材料基材。

27、借由上述技術方案，本發明提供的一種碳納米管改性纖維復合材料及其制備方法和應用，至少具有下列優點：

28、本發明提供一種基于纖維表面化學鍍鎳的碳納米管生長方法，可解決現有基板法制備碳納米管，催化劑結合不牢固的問題；

29、本發明通過對化學鍍工藝的調整可以調控催化劑在纖維表面的負載量和包覆厚度，改善碳納米管在纖維表面的催化環境；

30、本發明可以有效提高纖維表面的碳納米管的生長密度和負載量；

31、本發明通過纖維表面鍍鎳和生長碳納米管可以獲得具備良好電磁吸波性能的纖維復合材料；

32、本發明的碳納米管改性纖維復合材料的拉伸強度為793～1786mpa，碳納米管比重為47.23wt％～81.02wt％，最佳吸波效能為-52.26～-19.62db。

33、上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，并可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例詳細說明如后。

技術特征：

1.一種碳納米管改性纖維復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權利要求1所述的碳納米管改性纖維復合材料的制備方法，其特征在于，步驟一中，所述纖維材料選自玻璃纖維、碳纖維、碳化硅纖維和玄武巖纖維中的至少一種；所述熱處理的溫度為600～800℃；所述熱處理的時間為20～40min。

3.如權利要求1所述的碳納米管改性纖維復合材料的制備方法，其特征在于，步驟二中，所述化學鍍液為六水和硫酸鎳、次亞磷酸鈉、檸檬酸鈉、氯化銨和氨水的混合溶液；所述化學鍍液中，所述六水合硫酸鎳、次亞磷酸鈉、檸檬酸鈉、氯化銨及水的質量比例為2～5：0.5～2：1～3：3～6：100；所述化學鍍液的ph值為8～10。

4.如權利要求1所述的碳納米管改性纖維復合材料的制備方法，其特征在于，步驟二中，所述保溫的溫度為60～90℃；所述保溫的時間為5min～60min。

5.如權利要求1所述的碳納米管改性纖維復合材料的制備方法，其特征在于，步驟三中，所述碳納米管生長的溫度為500～850℃；所述反應氣體包括保護氣體、碳源氣體及還原性氣體。

6.如權利要求5所述的碳納米管改性纖維復合材料的制備方法，其特征在于，步驟三中，所述保護氣體選自氬氣、氮氣和氦氣中的至少一種；所述保護氣體的流量為500～2000sccm；所述還原性氣體為氫氣；所述還原性氣體的流量為50～1000sccm；所述碳源氣體選自甲烷、乙炔和乙烯中的至少一種；所述碳源氣體的流量為50～500sccm。

7.一種碳納米管改性纖維復合材料，其特征在于，所述碳納米改性纖維復合材料包括纖維、碳納米管及ni基催化劑，所述纖維的表面包覆有鎳基催化劑，所述ni基催化劑上生長有碳納米管并形成陣列結構，所述碳納米管的直徑為10～30nm。

8.如權利要求7所述的碳納米管改性纖維復合材料，其特征在于，所述碳納米管改性纖維復合材料的拉伸強度為793～1786mpa，碳納米管比重為47.23wt％～81.02wt％，最佳吸波效能為-52.26～-19.62db。

9.一種纖維吸波材料，其特征在于，所述纖維吸波材料包括碳納米管改性纖維復合材料，所述碳納米改性纖維復合材料包括纖維、碳納米管及ni基催化劑，所述纖維的表面包覆有鎳基催化劑，所述ni基催化劑上生長有碳納米管并形成陣列結構，所述碳納米管的直徑為10～30nm。

10.如權利要求9所述的纖維吸波材料，其特征在于，所述纖維吸波材料為樹脂基復合材料增強體、吸波涂層、吸波填料或吸波材料基材。

技術總結
本發明涉及一種碳納米管改性纖維復合材料及其制備方法和應用。所述制備方法包括以下步驟：將纖維材料裁剪并進行熱處理；將得到的纖維材料浸入化學鍍液中保溫，使纖維的表面包覆鎳基催化劑；將得到的表面包覆鎳基催化劑的纖維在反應氣體存在下生長碳納米管，得到所述碳納米管改性纖維復合材料。本發明通過化學鍍將鎳基催化劑牢固、完全地包覆在纖維表面，可以有效提高催化劑的負載量和結合強度；此外，通過化學鍍可以調節金屬催化劑在纖維表面的負載量，鎳基催化劑可以彌補碳納米管的磁性能較低的缺點。

技術研發人員：徐銘,吳宗遠,李凌宇,賈菲,朱睿,崔凱,張帆
受保護的技術使用者：中國建筑材料科學研究總院有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/3/20