[发明专利]一种基于生物基质表面改性的碳纤维、制备方法及复合材料

说明书

本发明提供一种基于生物基质表面改性的碳纤维、制备方法及复合材料，属于碳纤维表面处理技术领域。该方法将碳纤维脱浆，得到去浆碳纤维；将得到的去浆碳纤维浸入聚乙烯亚胺水溶液中浸泡后真空干燥，得到胺基活化的碳纤维；将胺基活化碳纤维浸入生物基质水溶液中浸泡处理后真空干燥，得到生物基质处理的碳纤维。本发明还提供一种复合材料，包括环氧树脂和上述基于生物基质表面改性的碳纤维，该复合材料具有更强的层间剪切强度和弯曲强度。

技术领域

本发明属于碳纤维表面处理技术领域，涉及一种基于生物基质表面改性的碳纤维、制备方法及复合材料。

背景技术

碳纤维复合材料因其具有高比强度、高比模量、密度低、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳等诸多优点被广泛应用于航空航天、交通运输、医疗器械等各个领域。但碳纤维复合材料的性能不仅取决于碳纤维以及树脂基体的性能，更取决于碳纤维与树脂基体的界面结合效果，良好的界面有助于促进碳纤维与树脂基体之间外载荷的转移，降低应力集中，改善界面性能，进而提高碳纤维复合材料的各项性能。但是碳纤维化学惰性，表面能较低，导致与树脂基体结合效果差。为了解决碳纤维界面问题，研究者提出了一系列对碳纤维界面改性的方法，例如氧化处理、化学接枝、化学气相沉积法、上浆、等离子体处理、高能辐射等，这些方法旨在改变碳纤维表面的化学成分和表面粗糙度，增加碳纤维表面的化学反应位点，进而促进与树脂基体的结合。但是这些处理方法对碳纤维本身的性能有所损害。在未来的航空航天、汽车工业、组织工程、防护和电子应用中，强韧性和轻量复合材料是一种很有潜力的工程材料，然而，合成结构材料的实现，使优异的机械平衡，高强度，优异的弯曲模量和精细的抗裂纹扩展，从纳米尺度的块体材料向宏观尺度的过渡，仍然是一个重大的挑战，研究表明，在碳纤维表面修饰有机基质或无机纳米粒子，其微结构可显著增强材料的机械性能，包括强度、刚度、柔韧性、断裂韧性、耐磨性和能量吸收。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于生物基质表面改性的碳纤维、制备方法及复合材料，该方法通过自组装的方法在碳纤维表面组装生物基质植酸，将生物基质植酸改性的碳纤维与环氧树脂结合，制备一种具有高性能的碳纤维环氧树脂复合材料。

本发明首先提供一种基于生物基质表面改性的碳纤维的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：将碳纤维脱浆，得到去浆碳纤维；

步骤二：将步骤一得到的去浆碳纤维浸入聚乙烯亚胺水溶液中浸泡后真空干燥，得到胺基活化的碳纤维；

步骤三：将步骤二得到的胺基活化碳纤维浸入生物基质水溶液中浸泡处理后真空干燥，得到生物基质处理的碳纤维。

优选的是，所述的步骤二中聚乙烯亚胺水溶液的浓度为1-4g/L，

优选的是，所述的步骤二浸泡的温度为40-60℃，浸泡的时间为1-6h。

优选的是，所述的步骤三中的生物基质溶液为植酸溶液。

优选的是，所述的步骤三中生物基质溶液的浓度为1-3g/L。

优选的是，所述的步骤三浸泡温度为40-60℃，浸泡时间为0.5-1h。

本发明提供上述制备方法得到的基于生物基质表面改性的碳纤维。

本发明还提供一种复合材料，包括环氧树脂和上述基于生物基质表面改性的碳纤维。

本发明的有益效果