[发明专利]一种碳纤维的活化工艺

说明书

本发明公开了一种碳纤维的活化工艺，涉及纤维处理领域，包括以下步骤：(1)碳纤维表面清洗；(2)表面超声处理；(3)活化预处理；(4)聚合物溶液的制备；(5)浸渍处理；(6)碳纤维的表面活化；本发明通过纯化和超声处理对碳纤维表面进行处理后，再在碳纤维表面引入有机物，有机物在碳纤维表面结合性能强，活化后的碳纤维具有良好的极性，相容性能优异，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及纤维处理领域，具体涉及一种碳纤维的活化工艺。

背景技术

碳纤维复合材料(CFRP)主要是用碳纤维为增强材料、基体为树脂、金属、陶瓷等，经过复合工艺生产而成，其综合性能较单一的组分更为优异。而在该复合材料中，碳纤维的结构则起到了关键性的作用。一般的碳纤维生产工艺中，高温碳化后的石墨结构的碳纤维其表面平滑，表面能较低，活性官能团少，此种结构的碳纤维与有机高分子基体浸润性很差，因而需要经过活化处理，以提高碳纤维表面活性和复合材料综合性能。

中国专利CN105332098A公开了一种碳纤维活化工艺，包括以下步骤：步骤一，聚丙稀腈基碳纤维制备；步骤二，等离子体处理；步骤三，碳纤维上浆；本发明的碳纤维工艺一定程度上提高了碳纤维的极性和活性，但是由于本发明中采用水性聚氨酯乳液对碳纤维上浆，涂覆于碳纤维表面，涂层易脱落，活化效果和有效期有限。

中国专利CN1302987C公开了一种表面活化的碳纤维的制备方法，将碳纤维进入铈盐溶液中，振荡活化5至30分钟，沥去铈盐溶液，用酸溶液洗涤碳纤维，再用去离子碎洗涤至中性，真空干燥得到表面活化的碳纤维，铈盐溶液浓度为1.0-10g/L，碳纤维和铈盐溶液的固液重量和体积比(重量，克；体积，毫升)为1:50-1:100.本发明通过选用铈盐氧化碳纤维，处理后碳纤维表面含氧量基因团含量增大，表面活性增加，碳纤维对重金属离子和甲醛的吸附量显著提高。本发明碳纤维表面处理方法简单，反应时间短，可工业化连续生产，但是本发明活化后的碳纤维与聚合物之间的相容性和结合力欠佳，限制了活化后碳纤维的应用范围。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种碳纤维的活化工艺，本发明通过纯化和超声处理对碳纤维表面进行处理后，再在碳纤维表面引入有机物，有机物在碳纤维表面结合性能强，活化后的碳纤维具有良好的极性，相容性能优异，具有广泛的应用前景。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：

一种碳纤维的活化工艺，包括以下步骤：

(1)将碳纤维放入索氏提取器中，先用10％的盐酸清洗2小时后，再用10％的氢氧化钠清洗2小时后，最后用丙酮清洗3小时，取出，将碳纤维置于10％的过氧化氢溶液中进行浸泡除杂处理，用去离子水反复清洗干净后，进行真空干燥；

(2)将步骤(1)处理后的碳纤维和相当于其重量1-3％的十二烷基苯磺酸钠加入水中，混合均匀，置入超声波发生器中对碳纤维超声处理1-2小时，迅速取出并放入清水中使其速冷后，烘干；

(3)将超声处理后的碳纤维置于低温等离子体仪中，进行活化预处理；

(4)向甲基丙烯酸溶液中加入相当于其重量3-8％的偶氮二异腈，在18-22摄氏度下，搅拌混合均匀，得聚合物溶液；

(5)将步骤(3)中活化预处理后的碳纤维置入马来酸酐溶液中在60-70摄氏度下浸渍2-3小时，用沸水反复冲洗后，烘干备用；

(6)将聚合物溶液和步骤(5)中处理后的碳纤维放入三口烧瓶中，将三口烧瓶放入超声波发生器中震荡后，将三口烧瓶转移至80-85摄氏度的热式恒温磁力搅拌器中，聚合5-7小时取出，用蒸馏水反复冲洗碳纤维表面，静置烘干备用。

优选地，所述步骤(1)中的浸泡除杂处理条件为：浸泡温度70-80摄氏度，浸泡时间20-30分钟。