[发明专利]一种碳纤维的表面处理方法及制备的碳纤维

说明书

本发明提供了一种碳纤维的表面处理方法，通过将碳纤维在不同条件、不同溶液中加热，可以使碳纤维表面与热固性树脂反应，使得热固性树脂对碳纤维的润湿性更好，不会出现界面分离而出现空隙，碳纤维与热固性树脂具有良好的界面强度，从而使最终制得的碳纤维具有更高的机械性能和更优秀的使用效果。

技术领域

本发明涉及复合材料界面改性技术领域，尤其涉及一种碳纤维的表面处理方法及由其制备的碳纤维。

背景技术

碳纤维(CF)是一种新型非金属材料，有着强度高、规模大、耐疲劳和抗蠕变性能高等优良性能。

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)具有高比模量、高比强度和低密度等优异性能，因此被广泛应用于航空航天、建筑和汽车等行业。其中，碳纤维是增强体，为主要的承力结构，树脂基体起连接纤维和传递载荷的作用。复合材料的性能不仅取决于其组分材料，同时也很大程度上取决于各组分间界面的质量，复合材料的界面是增强相和基体相的中间相，是增强相和基体相连接的桥梁，也是应力、热量的传递者，良好的界面结合能有效地传递载荷和热量，提高复合材料的热导率及其力学性能。但碳纤维表面惰性大，表面能低，缺乏有化学活性的官能团，反应活性低，与基体的粘结性差，界面中存在较多的缺陷，这直接影响了复合材料的性能，阻碍了其进一步地应用。

中国专利申请CN201610059169.3提供了一种碳纤维表面改性的方法，通过将氧化石墨烯沉积到碳纤维的表面来进行表面改性，提高碳纤维和粘结性，提高碳纤维复合材料的层间剪切强度等机械性能。

中国专利申请CN201510604901.6提供了一种碳纤维表面改性方法，其以钛酸酯作为偶联剂，先对碳纤维进行表面处理，之后再将处理后的碳纤维进行高温空气氧化，来改进碳纤维和基体的粘结性。

然而，在要求CFRP拥有更高力学性能的今日，上述两种现有技术方案的制备的样品尚不能完全满足实际需求。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，而提供一种碳纤维的表面处理方法及制备的碳纤维。

本发明提供的碳纤维的表面处理方法，包括以下步骤：

步骤A，在氮气气氛保护下，将碳纤维在250～450℃下加热0.5～8小时；

步骤B，将得到的碳纤维浸渍在pH＜5的溶液中，于40～70℃下加热2～8小时；

步骤C，将得到的碳纤维浸渍在含聚碳化二亚胺的溶液中0.5～8小时；

步骤D，将得到的碳纤维在60～100℃下加热0.5～8小时；

步骤E，将得到的碳纤维浸渍在含羧酸官能团的聚合物水溶液中0.5～8小时；

步骤F，将得到的碳纤维在60～100℃下加热0.5～8小时。

其中，步骤A用于碳纤维的去浆处理，温度太低，时间太短，影响后续步骤的处理效果，从而影响碳纤维复合材料的机械强度。优选的，加热温度为300～400℃，加热时间2～6小时。

其中，步骤B可以氧化碳纤维表面，引入含氧基团，为后续的碳纤维表面改性做准备。其中，溶液为具有强氧化性的酸性溶液，具体如硫酸-高锰酸钾溶液、硝酸溶液、硫酸-重铬酸钾溶液、浓硫酸溶液及其混合液。优选的，溶液为0.1～10mol/L的硝酸溶液，加热温度为50～60℃，加热时间4～6小时。

其中，步骤C可以让表面氧化的碳纤维与聚碳化二亚胺反应而连接上聚碳化二亚胺。