[发明专利]一种氧化石墨烯表面改性碳纤维的方法

摘要

一种氧化石墨烯表面改性碳纤维的方法，涉及一种碳纤维表面改性的方法。本发明是要解决目前碳纤维表面惰性大、表面能低及力学、热学性能较差的技术问题。方法：一、采用改性Hummer’s方法制备氧化石墨烯；二、碳纤维的氧化处理；三、碳纤维表面修饰氨基化处理；四、碳纤维表面接枝氧化石墨烯。本发明的碳纤维表面接枝氧化石墨烯后，其表面浸润性和粘结性有显著提高，粗糙度显著增加，有利于增强复合材料中基体与增强体之间的传递效应，改善界面性能、阻止材料破坏，进而提高复合材料的力学性能和热稳定性。本发明应用于碳纤维表面改性领域。

主权项

一种氧化石墨烯表面改性碳纤维的方法，其特征在于氧化石墨烯表面改性碳纤维的方法是按以下步骤进行：一、采用改性Hummer’s方法制备氧化石墨烯：a、冰水浴条件下，依次将石墨粉、质量浓度为98％的浓H₂SO₄、NaNO₃和KMnO₄加入圆底烧瓶中搅拌，升温至35℃，反应7h后，降温，放入冰水浴中，再向圆底烧瓶中加质量浓度为98％的浓H₂SO₄和KMnO₄，升温至35℃，反应12h；其中，所述的石墨粉与第一次加入的质量浓度为98％的浓H₂SO₄的质量比为1:40～50；所述的石墨粉与NaNO₃的质量比为2:1；所述的石墨粉与第一次加入的KMnO₄的质量为1:3；所述的石墨粉与第二次加入的质量浓度为98％的浓H₂SO₄的质量比为1:8～11；所述的石墨粉与第二次加入的KMnO₄的质量为1:1～1.5；b、停止反应，向圆底烧瓶中加入冰水，搅拌，倒入大烧杯中，滴加H₂O₂至溶液颜色由黑褐色变为亮黄色，用体积浓度为5％的HCl和去离子水洗涤至pH值为4～6，洗涤后超声处理2～3h，得到氧化石墨烯水溶液；二、碳纤维的氧化处理：将碳纤维在索氏提取器中以丙酮为溶剂，在70℃冷凝回流48h后干燥，将干燥后的碳纤维加入到质量分数为69％的浓硝酸中，然后在油浴锅中逐步升温至80～100℃，反应3～4h，将所得产物水洗至中性后，真空干燥，得到酸化的碳纤维；其中，所述的碳纤维的质量与丙酮的体积比为1g:4～8mL；所述的碳纤维的质量与质量分数为69％的浓硝酸的体积比为1g:4～8mL；三、碳纤维表面修饰氨基化处理：a、将步骤二得到的酸化的碳纤维放入圆底烧瓶中，加入去离子水搅拌，用酸滴定调节pH值为4～6，加入1‑乙基‑(3‑二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐，活化15min，得到活化后的溶液A；其中，所述的步骤二得到的酸化的碳纤维的质量与去离子水的体积比为1mg:0.25～0.55mL；所述的步骤二得到的酸化的碳纤维与1‑乙基‑(3‑二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐的质量比为1～3:1；b、加入聚乙烯亚胺至烧杯中，加入去离子水，超声5min，得到分散后的聚乙烯亚胺水溶液；其中，所述的聚乙烯亚胺与步骤二得到的酸化的碳纤维的质量比为1:1～8；所述的聚乙烯亚胺的质量与去离子水的体积比为20～160mg:1mL；c、用碱滴定步骤三a得到的活化后的溶液A至pH值为7.2～7.5，加入N‑羟基琥珀酰亚胺和步骤三b得到的分散后的聚乙烯亚胺水溶液，常温搅拌下反应24h，真空干燥，得到氨基化的碳纤维；其中，所述的1‑乙基‑(3‑二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐与N‑羟基琥珀酰亚胺的质量比为4～10:1；四、碳纤维表面接枝氧化石墨烯：a、将步骤一得到的氧化石墨烯水溶液稀释至氧化石墨烯浓度为0.1～0.5mg/mL后加入到圆底烧瓶中搅拌，再加入1‑乙基‑(3‑二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐，活化15min，得到活化后的溶液B；其中，所述的步骤一得到的氧化石墨烯水溶液中的氧化石墨烯与1‑乙基‑(3‑二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐的质量比为1～3:1；b、用碱滴定步骤四a得到的活化后的溶液B至pH值为7.2～7.5，加入N‑羟基琥珀酰亚胺，震荡1min后，边震荡边滴加碱至氧化石墨烯重新均匀分散，加入步骤三得到的氨基化的碳纤维，常温搅拌下反应24h，真空干燥，得到接枝后的碳纤维；其中，所述的1‑乙基‑(3‑二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐与N‑羟基琥珀酰亚胺的质量比为4～10:1；所述的步骤一得到的氧化石墨烯水溶液中的氧化石墨烯与步骤三得到的氨基化的碳纤维的质量比为0.01～0.1:1。