[发明专利]一种基于温度处理碳纤维提高树脂基复合材料界面粘结性能的方法

说明书

一种基于温度处理碳纤维提高树脂基复合材料界面粘结性能的方法，解决现有碳纤维处理方法工艺步骤繁琐、时间长，过程有毒害，不适宜工业化生产的问题。本发明将带环氧类上浆剂的聚丙烯腈基碳纤维在T～T+30℃的温度范围内处理一定时间，然后与树脂基体复合制备碳纤维树脂基复合材料，其中T代表所采用树脂基体的预固化温度。本发明能够在不损失碳纤维力学性能的前提下，增加上浆剂与纤维表面活性基团的相互作用程度，形成化学键合梯度变化的界面微区，有利于界面应力的传递，达到提高碳纤维与树脂界面粘结性能的目的。本发明的方法具有工艺简单，可操作性强，效率高，无毒无害，成本低、适合工业化生产等优点。本发明应用于材料的表面与界面改性领域。

技术领域

本发明属于材料的表面与界面改性应用技术领域，具体涉及一种基于温度处理碳纤维提高树脂基复合材料界面粘结性能的方法。

背景技术

碳纤维因具有高比强度、高比模量、优异的环境稳定性、耐热和抗氧化性能等而被广泛应用于航空航天、交通运输、能源、体育休闲用品等领域。碳纤维作为增强材料，必须与基体复合才能发挥其优异的性能，其中碳纤维增强树脂基复合材料为典型代表之一。然而，碳纤维表面亲水性差、表面能低、化学惰性的特点使其与树脂基体的润湿性差，界面结合力弱。为此，需对碳纤维进行表面改性处理。

目前，常用的碳纤维表面处理方法主要有电解氧化、化学氧化、辐照改性、等离子体处理、化学接枝、分子自组装和多尺度纳米改性等。这些方法虽然可以提高碳纤维增强树脂基复合材料的界面粘结性能，但与此同时常伴随着复杂的工艺处理流程，时间长，反应剧烈，过程对人体和环境有毒害，不适宜工业化生产，不仅浪费了大量的能源和资源，而且往往会造成碳纤维强度的降低。因此，寻求一种制备工艺简单、无毒无害、环保、低成本、高效率、适合工业化生产的碳纤维表面处理方法具有很好的实际意义和应用价值。

发明内容

本发明的目的是要解决现有碳纤维处理方法工艺步骤繁琐、时间长，过程有毒害，不适宜工业化生产的问题，而提供一种基于温度处理碳纤维提高树脂基复合材料界面粘结性能的方法。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：将带浆碳纤维在T～T+30℃下处理0.5～4h，然后将处理后的碳纤维与树脂基体复合制备碳纤维树脂基复合材料，其中T为树脂基体的预固化温度；

所述带浆碳纤维为带环氧类上浆剂或带氨基环氧类上浆剂的聚丙烯腈基碳纤维；

所述树脂基体为高温固化的5228环氧树脂或高温固化的双马来酰亚胺树脂。

本发明的优点：

(1)本发明能够在不损失碳纤维力学性能的前提下，增加上浆剂与纤维表面活性基团的相互作用程度，形成化学键合梯度变化的界面微区，提高碳纤维与树脂的界面粘结性能。界面粘结性能的提高可使复合材料内部应力均匀传递，满足高性能碳纤维树脂基复合材料的更高需求。

(2)本发明的方法只需在现有碳纤维生产线的最后一步加上温度处理，即可实现碳纤维树脂基复合材料界面粘结性能的提高。该方法简单易行、无毒无害、环保、低成本、高效率、适合工业化生产，具有良好的经济效益和工业应用前景。

(3)本发明的方法不仅限于某一特定的碳纤维树脂基复合材料体系，具有普遍适应性和良好的发展前景。

附图说明

图1为本发明实施例1的碳纤维表面环氧类上浆剂的红外谱图。

图2为本发明实施例1的碳纤维/5228环氧树脂界面剪切强度柱状图，其中1为未处理的碳纤维与5228环氧树脂复合的界面剪切强度，2为130℃处理2h碳纤维与5228环氧树脂复合的界面剪切强度。

图3为本发明实施例2的碳纤维/5228环氧树脂界面剪切强度柱状图，其中1为未处理的碳纤维与5228环氧树脂复合的界面剪切强度，2为150℃处理2h碳纤维与5228环氧树脂复合的界面剪切强度。