[发明专利]一种修复碳纤维表面结构缺陷技术

摘要

一种修复碳纤维表面结构缺陷技术，采用改进电雾化沉积法将碳纳米管植入于碳纤维的表面结构缺陷进而增加其强度，包括：1)预氧化、炭化后的碳纤维束先经表面氧化处理，然后在-5～-30kV高压电下电晕放电处理，行进速度5～30m/h，使碳纤维表面功能化及结构缺陷中带上一定量的负电荷；2)将碳纳米管与水和少许分散剂配制成均一稳定悬浮液，碳纳米管为功能化碳纳米管，取自氨基化、磺酸化或羟基化碳纳米管中的一种，分散剂为咪唑类苯磺酸盐离子液体中的一种；3)碳纳米管悬浮液施加20～50kV的正极静电，带电碳纤维束平展且接地构成喷涂液接受体，遂通过电雾化沉积将碳纳米管植入碳纤维表面结构缺陷内，以碳纤维与碳纳米管的重量比计，喷涂量控制为1000∶(0.1～4)；4)经碳纳米管雾化沉积后碳纤维在300～1600℃惰性气体氩气气氛下进行热处理。碳纤维抗拉强度可提高140％以上。

主权项

一种碳纤维表面结构缺陷修复技术，它采用改进电雾化沉积法将碳纳米管植入于碳纤维的表面结构缺陷进而改善其强度，其特征在于该方法包括以下过程：1)碳纤维电晕放电处理：将表面氧化处理后的碳纤维束1通过传送带6传送至高压电晕放电区进行电晕放电处理，电晕放电装置包括高压电源2、尖端放电装置3和接地电极板4组成，其中高压电源2为负电发生器，其负极通过导线21与尖端放电装置3相连，正极通过导线22接地；通过控制传送带6的行进速度5～30m/h，高压电源2的电晕放电电压‑5～‑30kV，放电距离(尖端放电装置3和接地电极板4间距)为1～5cm；2)碳纳米管悬浮液配置：将碳纳米管用配制成悬浮液，碳纳米管为功能化碳纳米管，取自氨基化、磺酸化或羟基化碳纳米管中的一种，功能化基团的含量为0.5～4wt.％，分散液为离子液体与水的混合物，其中离子液体的含量为0.1～1wt.％，离子液体取自1，3‑二甲基咪唑对甲苯磺酸盐、1‑丁基‑3‑甲基咪唑对甲苯磺酸盐、氯化1‑辛基‑3‑甲基咪唑或5‑溴‑2‑甲基‑3‑硝基吡啶中的一种，悬浮液中碳纳米管的含量为10～60g/L；3)静电沉积碳纳米管：经电晕放电处理的碳纤维束1经传送带6静电沉积区，静电沉积装置由高压电源7、多针喷射器9和接地电极板4’组成，高压电源7为正电发生器，其正极通过导线71与多针喷射器9相连，负极通过导线72接地；碳纳米管悬浮液经导管8输送至位于碳纤维1正上方的多针喷射器9空腔内，高压电源7施加电压20～50kV并与接地电极板4’形成电沉积区，碳纤维丝束1平展于传送带6构成接受体，碳纳米管悬浮液通过静电雾化将碳纳米管沉积于碳纤维表面中表面结构缺陷中，得到碳纳米管修复碳纤维；沉积距离(喷射器针头与碳纤维束之间距离)控制为5～30cm，以碳纤维与碳纳米管的重量比计，碳纤维上碳纳米管的沉积量控制为1000∶(0.1～4)；4)碳纳米管修复碳纤维热处理：经碳纳米管雾化沉积后碳纤维输送至热处理装置11中，在惰性气体氩气气氛下进行热处理，热处理温度300～1600℃，碳纤维速通过热处理装置11时间10～60min。