[发明专利]一种碳纤维/环氧树脂复合材料超低温界面性能的改性方法

说明书

本发明公开了一种碳纤维/环氧树脂复合材料超低温界面性能的改性方法，所述方法包括如下步骤：步骤一、对碳纤维依次进行脱浆处理和酸化处理，得到酸化碳纤维；步骤二、以PEI作为连接剂，将氧化石墨烯接枝到酸化碳纤维上，得到氧化石墨烯修饰改性的碳纤维；步骤三、利用改性凹凸棒土对氧化石墨烯修饰改性的碳纤维的表面进行修饰，得到碳纤维/氧化石墨烯/凹凸棒土多级结构。该方法制备出的多级结构可在碳纤维/环氧树脂界面处形成“桥梁”，通过生成共价键和增加机械啮合作用显著提高了碳纤维/环氧树脂的超低温界面剪切强度。

技术领域

本发明涉及一种复合材料界面改性方法，具体涉及一种采用氧化石墨烯/凹凸棒土改性碳纤维/环氧树脂复合材料超低温界面性能的方法。

背景技术

碳纤维复合材料(CFRP)是由碳纤维、树脂基体和碳纤维与树脂基体间的界面三部分组成，碳纤维起承担载荷的作用，树脂基体起粘结、保护纤维的作用，界面保证载荷由树脂基体传递到碳纤维上，起着传载作用。碳纤维/树脂基体之间的界面区对CFRP的性能具有重要的影响。

然而，环氧树脂的线膨胀系数与碳纤维的线膨胀系数差异较大，例如在室温条件下，TDE-85型号的环氧树脂线膨胀系数为44.4×10^-6/℃，碳纤维轴向线膨胀系数为-0.7×10^-6/℃。伴随着温度下降至超低温环境，碳纤维和环氧树脂界面处会出现热应力不匹配，使得碳纤维和树脂基体的界面脱粘，失去传载功能。因此，对CFRP的界面改性研究具有重要的意义。

碳纤维表面改性是改善碳纤维/环氧树脂超低温界面性能的首选方法。改性碳纤维/环氧树脂的常温界面性能研究比较成熟，但超低温界面性能研究报道较少。需要对CFRP的超低温界面性能进行深入探究。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳纤维/环氧树脂复合材料超低温界面性能的改性方法，该方法采用氧化石墨烯/凹凸棒土化学修饰碳纤维，增强碳纤维/环氧树脂复合材料超低温(-183℃(液氧)以下的温度)界面强度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种碳纤维/环氧树脂复合材料超低温界面性能的改性方法，包括如下步骤：

步骤一、对碳纤维依次进行脱浆处理和酸化处理，得到酸化碳纤维；

步骤二、以聚醚酰亚胺(PEI)作为连接剂，将氧化石墨烯接枝到酸化碳纤维上，得到氧化石墨烯修饰改性的碳纤维，其中：聚醚酰亚胺、氧化石墨烯、酸化碳纤维的质量比为0.15～0.25g：15～25mg：0.06～0.1g，具体步骤如下：15～25mg氧化石墨烯超声分散在50mlN,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，加入0.15～0.25g PEI、0.06～0.1g酸化碳纤维和3～5mg O-(7-氮杂苯并三唑-1-基)-N,N,N′,N′-四甲基脲六氟磷酸酯(HATU)，室温下搅拌12～24h，得到氧化石墨烯修饰改性的碳纤维，将氧化石墨烯修饰改性的碳纤维分散在去离子水中，离心洗涤，烘干备用；

步骤三、利用改性凹凸棒土对氧化石墨烯修饰改性的碳纤维的表面进行修饰，得到碳纤维/氧化石墨烯/凹凸棒土多级结构，其中：改性凹凸棒土与氧化石墨烯修饰改性的碳纤维的质量比为5～15mg：0.03～0.1g，具体步骤如下：

(1)将凹凸棒土分散于溶液中，加热60～70℃反应12～48h；

(2)用去离子水离心洗涤凹凸棒土，放于真空烘箱中干燥；

(3)将5～15mg改性凹凸棒土和50ml DMF混合，超声分散至完全均匀状态，再加入0.03～0.1g氧化石墨烯修饰改性的碳纤维，得到氧化石墨烯/凹凸棒土修饰碳纤维；

(4)氧化石墨烯/凹凸棒土修饰碳纤维用去离子水冲洗，烘干备用。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：