[发明专利]碳纤维等离子体处理涂覆纳米石墨烯的表面改性的方法

说明书

技术领域

本发明属于碳纤维表面改性技术领域，特别是涉及一种碳纤维等离子体处理涂覆纳米石墨烯的表面改性的方法。

背景技术

碳纤维是指经高温碳化，含碳量超过85%以上的纤维材料，包括碳素纤维和石墨纤维。碳素纤维是有机纤维经1000~2300℃处理后，含碳量为85%~95%的纤维；石墨纤维是有机纤维经2300℃以上处理，含碳量在98%以上的纤维，碳纤维作为一种高性能纤维,因具有比强度高、比模量高、热膨胀系数小、摩擦系数低、耐低温性能良好等特性而成为近年来树脂基复合材料最重要的增强材料,被广泛应用在航空航天构件和体育用品中。碳纤维表面呈惰性,比表面积小,边缘活性碳原子少,表面能低和树脂浸润性及两相界面粘结性差,复合材料层间剪切强度(Interlaminar Shearing Strength,ILSS)低。从而影响复合材料综合性能的发挥，制约了碳纤维在先进复合材料领域的进一步推广应用。为了改善碳纤维增强树脂基复合材料的性能，须对碳纤维表面进行改性，以提高碳纤维与其他材料的粘结能力。

为改善碳纤维与树脂基体等的黏合性、提高复合材料的层间剪切力而须进行的表面处理。目的是增加碳纤维的极性基团如羧基、羰基和内酯等官能团，增加表面积，提高与树脂母体的浸润性和黏合力。前对碳纤维表面进行改性的方法较多，主要包括(1)液相氧化法(2)等离子体处理法(3)阳极电解或电沉积处理法(4)臭氧处理法；(5)气相氧化法（6）表面高能辐射法（7）共聚改性法以及偶联剂处理法等。这些方法都能基本满足碳纤维表面性能改性需要，但是工艺较为复杂，处理时间长，表面改性不均匀等问题。

碳纤维作为优良的复合材料增强剂，在其实际应用过程中，为了修补缺陷，进一步提高性能，并满足不同的使用需求，经常会在碳纤维表面屠夫一层新的材料。涂层方法很多，包括PVD、CVD、电镀、化学镀和sol-gel等技术。

石墨烯这种材料具有已知材料最好的强度，优异的导电性和导热性，经过化学功能化以后的单层石墨烯在水及有机溶剂中具有很好的溶解性，有利于其均匀分散及成型加工，目前现有的等离子体处理碳纤维表面改性技术专利没有涉及经纳米石墨烯溶胶涂覆后的碳纤维再经等离子体技术进行表面改性的方法。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种碳纤维等离子体处理涂覆纳米石墨烯的表面改性的方法。

技术方案

一种碳纤维等离子体处理涂覆纳米石墨烯的表面改性的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将纳米石墨烯与有机溶剂或水混合配制成溶胶液，然后将溶胶液涂覆在碳纤维的表面，并干燥；所述溶胶液中纳米石墨烯所占的质量百分比为0.5～10％；

步骤2：将步骤1处理后的碳纤维置于等离子体装置上，在开放环境下，将等离子体喷射到碳纤维上涂覆的纳米石墨烯表面，使涂覆纳米石墨烯后的碳纤维在等离子体氛围中运动产生表面改性；所述等离子体处理的功率为100W-1000W，时间为10s-900s。

所述纳米石墨烯为单层石墨烯、多层石墨烯或它们的混合。

所述有机溶剂为：自己烷、三氟乙酸、四氯化碳、甲苯、丙醇、乙酸乙酯、丙酮、乙酸、甲醇、乙二醇、二硫化碳、三氯乙烷、丁酮或醚中的一种或几种。

所述步骤1的涂覆方法为喷涂或浸泡。

所述浸泡时间为3-24小时。

所述等离子体装置中的等离子源为：介质阻挡放电DBD等离子源、表面放电SD等离子源、体放电VD等离子源、等离子炬源、电弧等离子炬、滑动电弧等离子炬、冷等离子炬、直流等离子源、脉冲等离子源、磁控管等离子源、感应耦合等离子源、螺旋管等离子源、螺旋共振器等离子源、微波等离子源、大气压等离子体喷射APPJ源、电晕放电等离子源、微等离子源、低压等离子源或高压等离子源。

所述步骤2中的开放环境为由等离子体发生器产生，并经由喷嘴机构喷射到常温、常压、大气环境中形成的等离子体氛围。

所述离子体为：He、Ar、Ne、Xe、空气、N2、O2、H2O、CO2、氟里昂Freon气的卤素化合物气体、halon哈龙气体、NH3、NF3、SF6、有机化合物气体、NOx、SO2、硅烷以及它们的气体混合物。

所述氟里昂Freon气的卤素化合物气体为：CF4、CHF3、C3F6或C4F8。

所述有机化合物气体为：CH4、C2H6、C2H4、C2H2、C6H6或C2H5OH。

有益效果