[发明专利]一种有机物浸泡和电化学氧化处理碳纤维的方法

说明书

本发明公开了一种有机物浸泡和电化学氧化处理碳纤维的方法，属于电化学技术领域。本发明通过利用碳纤维本身的固有浸润性和表面结构，在电化学氧化之前先进行有机物浸泡处理，由于预处理后的碳纤维表面本身具有凹槽结构，浸泡以后，有机物覆盖住碳纤维表面的凹槽，在后续的电化学氧化过程中起到了保护作用，进而提高了碳纤维的力学强度，与此同时碳纤维表面的氧化程度也得到了提高，碳纤维与树脂复合性能也得到了提高。本发明制备的碳纤维产品无需进行后续处理就可直接使用，重复性较好。本发明制备方法简单，周期短，产品成本低，使用方便，可以大规模生产。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种有机物浸泡和电化学氧化处理碳纤维的方法。

背景技术

随着工业化的发展，具有高的比强度和比刚性的复合材料，在宇航、航空、汽车等领域已经得到了广泛的应用。碳纤维是20世纪50年代后发展起来的一种增强材料，它具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、导电和热膨胀系数小等优异性能，其复合材料(CFRP)已被广泛用于航空航天、体育器材等领域。碳纤维复合材料的性能主要取决于基体材料的性能以及纤维与基体材料的结合程度等。研究表明，碳纤维在未经表面处理前，其活性比表面积小，表面能低，表面呈现出憎液性。纤维表面处理就是为了增强纤维表面的化学活性与物理活性，从而增加其与基体间的结合或粘结。目前，纤维增强树脂基复合材料中，对纤维表面处理以增强复合材料粘结性的研究，主要有空气氧化法、液相氧化法、等离子体氧化法和电化学氧化法等方法。

发明内容

针对当前碳纤维实际运用中存在的问题，本发明设计了一种有机物浸泡和电化学氧化处理碳纤维的方法，通过简单的有机物浸泡处理之后再进行阳极氧化，用以改善碳纤维的力学性能和机械性能。本发明通过利用碳纤维本身的固有浸润性和表面结构，在电化学氧化之前先进行有机物浸泡处理，由于预处理后的碳纤维表面本身具有凹槽结构，浸泡以后，有机物覆盖住碳纤维表面的凹槽，在后续的电化学氧化过程中起到了保护作用，进而提高了碳纤维的力学强度，与此同时碳纤维表面的氧化程度也得到了提高，碳纤维与树脂复合性能也得到了提高，与未经浸泡处理直接进行电化学氧化的碳纤维相比，碳纤维的强度得到增强，与环氧树脂的浸润性得到提高。本发明增强了可使用碳纤维的强度，本发明制备的碳纤维产品无需进行后续处理就可直接使用，重复性较好。并且，本发明制备方法简单，周期短，产品成本低，使用方便，可以大规模生产。

本发明提供的一种有机物浸泡和电化学氧化处理碳纤维的方法，包括如下步骤：

第一步，碳纤维表面预处理：

将碳纤维裁剪成3-8cm的小段，分别用丙酮和水进行超声清洗5min，重复清洗三次，在干燥箱中烘干待用。

第二步，有机物浸泡处理：

将预处理后的碳纤维放入有机物里面浸泡10-20min，备用。

所述的有机物选取二氯乙烷溶剂。

第三步，电化学阳极氧化：

采用直流稳压电源对浸泡处理之后的碳纤维进行电化学氧化处理，电解液为碳酸氢铵溶液，阳极为碳纤维，阴极为铂电极，阳极和阴极之间的距离为0.5-1.5cm，控制电化学氧化过程的电压为0-25V，电化学氧化时间为1-5min。电化学氧化处理完成后，取出碳纤维，然后用去离子水清洗之后自然晾干待用。

所述的碳酸氢铵溶液，通过将质量30-50g的碳酸氢铵固体溶于250g去离子水当中，搅拌到完全溶解得到。

所述的电压，优选10～25V。

通过上述方法制备得到的碳纤维，拉伸强度为3.47109GPa～3.6198GPa，对环氧树脂的浸润性接触角为17.2°～40°之间。

本发明的优点在于：