[发明专利]聚苯胺包覆改性短切碳纤维的方法

说明书

本发明属于短切碳纤维的改性领域，公开一种聚苯胺包覆改性短切碳纤维的方法。（1）、将短切碳纤维浸泡于浓度为30~50g/L的过硫酸铵水溶液中，超声处理1~4h，得到预氧化的短切碳纤维悬浮液；该步骤中，每1L过硫酸铵水溶液中加入短切碳纤维8~15g；（2）、搅拌情况下，向上述悬浮液中先加入盐酸苯胺，再加入过硫酸铵和硫酸亚铁，然后控温在5~10℃反应10~16h；该步骤中，每1L悬浮液中分别加入盐酸苯胺0.1~0.5moL、过硫酸铵0.1~0.5 moL、硫酸亚铁0.002~0.01moL；（3）、用0.01~0.05mol/L的盐酸和丙酮交替洗涤产物，用蒸馏水冲洗至pH为7，过滤烘干，得到聚苯胺包覆改性的短切碳纤维。本发明所得改性碳纤维具有高度分散性。

技术领域

本发明属于短切碳纤维的改性领域，具体涉及一种聚苯胺包覆改性短切碳纤维的方法。

背景技术

短切纤维及其增强复合材料具有耐高温、耐腐蚀、质量轻和机械强度高等优点而得到越来越广泛的应用。虽然其具有优良的综合性能，但由于其表面光滑无活性官能团、表面能低、与非极性物质难以浸润等缺点，限制了短切纤维高性能的充分发挥，特别是在增强复合材料方面，其与聚合物基体粘结性能差，导致短切纤维增强的复合材料在使用过程中易发生脱胶和树脂基体开裂等问题。因此，探索寻找一种短切纤维的改性方法，增强其反应活性，是目前急需研究的方向之一，且改性的短切纤维对后期纤维增强复合材料的力学性能提升具有重大的意义。

目前纤维的改性主要指对纤维表面的处理，如清除表面杂质；增加纤维表面的沟槽或微孔结构，进而增加表面能；引进活性官能团，增加其反应活性。目前使用较多的纤维处理方法主要包括：氧化处理、涂覆处理、射线、激光、等离子体处理等方法。氧化处理主要包括采用气相氧化（空气、二氧化碳、臭氧、水蒸气、氧气）、液相氧化（硝酸、高锰酸钾、次氯酸钠、双氧水、过硫酸铵）及电化学氧化改善纤维表面的状态，增加含氧官能团的数量，提高亲水性，有利于分散性能的提高及与树脂基体的粘合。气相氧化法的优点是氧化时所需设备简单，反应时间短，但该方法的缺点是随着氧化处理时间的延长和温度的升高，纤维强度会有所损失，同时，由于氧化反应较激烈，反应条件难以控制，反应温度得不到精确控制。相比气相氧化，液相氧化法更温和，不会使纤维表面形成过度的凹坑和裂解等现象，但是存在氧化性液体不易从纤维表面彻底清除等问题。电化学氧化反应条件缓和，处理时间短，而且可以通过控制电解温度、电流密度、电解质质量分数等工艺条件实现对氧化程度的精确控制，使纤维氧化更均匀；经氧化后含氧官能团和含氮官能团数量明显增加，提高了纤维与水的浸润，可以认为是目前最具有价值的方法，但此过程并不经济且很难适用于大规模的工业化生产，且氧化处理不仅会造成环境污染，还会损害纤维自身的力学性能。此外，表面处理也包括采用表面涂层的办法，比如偶联剂涂层和聚合物涂层，主要通过电化学沉积与化学镀、气相沉积、表面电聚合及溶胶－凝胶法等途径来实现。但由于短切纤维表面的官能团数量及种类较少，只用偶联剂处理的效果并不理想，不但要控制涂层的厚度，还需要借助氧化处理及后期分散剂的分散作用，过程相对复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚苯胺包覆改性短切碳纤维的方法，从而克服现有技术中短切碳纤维分散性差和反应活性低、粘结性低造成的与树脂基体结合强度弱的缺陷。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

聚苯胺包覆改性短切碳纤维的方法，包括以下步骤：

（1）、将短切碳纤维浸泡于浓度为30~50g/L的过硫酸铵水溶液中，超声处理1~4h，得到预氧化的短切碳纤维悬浮液；该步骤中，每1L过硫酸铵水溶液中加入短切碳纤维8~15g；

（2）、搅拌情况下，向上述悬浮液中先加入盐酸苯胺，再加入过硫酸铵和硫酸亚铁，然后控温在5~10℃反应10~16h；该步骤中，每1L悬浮液中分别加入盐酸苯胺0.1~0.5 moL、过硫酸铵0.1~0.5 moL、硫酸亚铁0.002~0.01moL；