[发明专利]一种制备氟含量与尺寸可调氟化碳纤维的方法

说明书

本发明公开了一种制备氟含量与尺寸可调氟化碳纤维的方法，包括以下处理步骤：（1）氟化碳纤维表面处理：将原料氟化碳纤维加入到表面处理试剂中，在气体保护下加热60～150℃反应，得到预处理的氟化碳纤维；（2）不同尺寸氟化碳纤维分离：将步骤（1）中预处理的氟化碳纤维，冷却后通过滤膜抽滤，分离洗涤后经过干燥得到成品氟化碳纤维。该方法制备的氟化碳纤维氟含量可控、尺寸可控，在水及有机溶剂中分散性和稳定性提高。

技术领域

本发明涉及一种氟化碳纤维尺寸调控及表面处理技术，尤其涉及一种制备氟含量与尺寸可调氟化碳纤维的方法。

背景技术

碳纤维具有比强度/比模量高、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能，而且耐高温、耐腐蚀、耐疲劳。因此它既能作为结构材料，又能作为功能材料使用，被广泛用于在航天、航空等高科技领域中。氟化碳纤维不但继承了碳纤维的优异性能，又因氟原子的引入带来了表面能降低、疏水性/热稳定性增强、带隙展宽及介电性能提高等新颖的界面和物理化学性能，因此氟化碳纤维除了在传统的化工、材料、机械制造领域具有重要的应用外，在新兴的表/界面科学、新型纳米电子器件、生物材料以及能源材料等领域也展示出广泛的应用前景（参见：N. Yu, H. Yin, W. Zhang, et al. Adv. Energy Mater.,2016, 6, 1501458; M. Srinivas1, A. Heerschap, E. T. Ahrens, et al., Trends Biotechno., 2010, 28, 363.）。

氟化碳纤维可单独使用，但绝大多数是以复合材料的形式使用，因此需要经过表面处理来改善自身与其他材料复合的效果。氟化碳纤维表面活性以及与其他材料复合后性能的提高效果，很大程度上取决于其表面能的高低、活性官能团的种类/数量及其尺寸大小。传统的碳纤维表面处理方法（包括表面氧化、涂层、沉积）通常需要强酸/强碱、高的处理温度、复杂的步骤、长的反应时间，高的成本而且对设备和工艺要求较高（参见:N. Gupta,V. I. Artyukhov, E. S. Penev, et al., Adv. Mater., 2016, DOI:10.1002/adma.201603009; Y. Y. Wang, J. Y. Meng, X. B. Chen, et al., Surf .Tech., 2007, 3,19.）。另外，由于氟化碳纤维本身的化学结构和性质，使得上述处理碳纤维的方式很难实现氟化碳纤维的表面修饰，更不能实现其尺寸的调控。具体而言，主要是因为以下几个方面：（1）氟化碳纤维中C-F键的化学惰性，使其表现出类似特氟龙的化学稳定性，这就使得强酸强碱氧化的化学方法难以实现其氧化；（2）氟化碳纤维是绝缘体，电化学阳极电解氧化方法也很难完成其修饰；（3）氟原子是所有已知元素中电负性最大的元素，具有极低的表面能，这就使得表面涂覆、沉积以及等离子处理的方法很难将其他表面处理试剂修饰到其表面。

目前不同尺寸和不同元素含量的氟化碳纤维，在制备和表面处理过程中存在的设备要求高、反应条件苛刻、处理时间长、过程复杂等问题，这些困难的存在极大地限制了氟化碳纤维的实际应用。因此，发展一种有效、简单、低成本的方法来实现氟化碳纤维的表面修饰、尺寸调控，无论是对于科学研究还是实际应用都尤为迫切。目前尚未有关于氟化碳纤维表面处理、氟含量与尺寸调控的有关报道。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种制备氟含量与尺寸可调氟化碳纤维的方法，该方法制备的氟化碳纤维氟含量可控、尺寸可控，在水及有机溶剂中分散性和稳定性提高。