[发明专利]一种通过碳纤维表面构筑双重刚柔结构增强增韧复合材料的方法

说明书

一种通过碳纤维表面构筑双重刚柔结构增强增韧复合材料的方法，它涉及一种碳纤维的改性方法。本发明的目的是要解决现有碳纤维/环氧树脂复合材料的界面结合强度低的问题。方法：一、碳纤维的抽提处理；二、碳纤维的氧化；三、碳纤维的还原；四、碳纳米管的氧化和接枝；五、接枝碳纳米管的碳纤维表面阴离子聚合尼龙，得到表面构筑双重刚柔结构的碳纤维。本发明得到的CF‑CNTs‑PA6的层间剪切强度、界面剪切强度和冲击强度均有较大提高。本发明适用于碳纤维表面改性。

技术领域

本发明涉及一种碳纤维的改性方法。

背景技术

界面问题是复合材料学科发展的基础和共性研究课题。然而在碳纤维复合材料界面性能大幅度提高时，会在界面区域形成应力集中，导致材料抗冲击强度减弱。所以，构筑可使应力均匀传递分散的梯度模量界面层是对复合材料增强增韧的有效方法，也是当前碳纤维表面改性研究的重要课题。目前主要是在碳纤维表面单独接枝或纳米晶须，可在一定程度上提高复合材料的界面性能，但是由于其在界面很难形成模量匹配，所以其增强增韧效果有限。

发明内容

本发明的目的是要解决现有碳纤维/环氧树脂复合材料的界面结合强度低的问题，而提供一种通过碳纤维表面构筑双重刚柔结构增强增韧复合材料的方法。

一种通过碳纤维表面构筑双重刚柔结构增强增韧复合材料的方法，是按以下步骤完成的：

一、碳纤维的抽提处理：

以丙酮为清洗剂对碳纤维进行抽提处理，得到抽提处理后的碳纤维；

二、碳纤维的氧化：

将抽提处理后的碳纤维浸入到过硫酸钾/硝酸银混合水溶液中氧化，再清洗、干燥，得到干燥的氧化碳纤维；

三、碳纤维的还原：

首先将干燥的氧化碳纤维浸入到四氢呋喃中，然后加入LiAlH₄，再搅拌，最后加入盐酸，搅拌均匀，得到还原后的碳纤维；使用去离子水将还原后的碳纤维洗涤至中性，再真空干燥，得到还原后的碳纤维；

四、碳纳米管的氧化和接枝：

①、首先将碳纳米管加入到混酸中氧化，然后使用蒸馏水将氧化后的碳纳米管洗涤至中性，再冷冻干燥，得到干燥的氧化碳纳米管；

②、将干燥的氧化碳纳米管与N,N-二甲基甲酰胺混合并超声处理，得到混合液；将混合液进行水浴反应，得到氧化碳纳米管混合液；

③、首先将还原后的碳纤维加入到硫酸中，然后滴加氧化碳纳米管混合液，再回流反应，回流反应过程中使用分子筛除去反应过程中产生的水，反应结束后冷却至室温，得到反应产物；使用溶剂对反应产物进行冲洗后干燥，得到接枝碳纳米管的碳纤维；

五、接枝碳纳米管的碳纤维表面阴离子聚合尼龙：

①、首先将接枝碳纳米管的碳纤维加入到己二酰氯中，然后加入甲苯，再在氮气保护下回流反应，再加入CPL尼龙单体，继续在氮气保护下回流反应，得到CPL尼龙单体封端的CF-CNT；使用热的去离子水对CPL尼龙单体封端的CF-CNT洗涤，最后干燥，得到干燥的CPL尼龙单体封端的CF-CNT；