[发明专利]碳纤维表面改性方法和设备、碳纤维及其复合材料和应用

权利要求书

1.一种碳纤维表面改性的方法，其特征在于包括以下步骤：

电解氧化（A）：将碳纤维在盛有强碱性电解液的电解槽（a）中进行电化学改性，所述的强碱性电解液的pH值为10-12，电流密度为1-2A/m²，改性时间为1-3min，改性的温度为30-50℃；

电解氧化（B）：将（A）步骤处理过的碳纤维在盛有弱碱性电解液的电解槽（b）中进行电化学改性，所述的弱碱性电解液的pH值为7.2-8.5，电流密度为0.1-1A/m²，改性时间为1-3min，改性的温度为30-50℃。

2.如权利要求1所述的碳纤维表面改性的方法，其特征在于：

电解氧化（B）后还进一步包括，将（B）处理后的碳纤维通过70-80℃的纯水槽清洗1-3min，然后在烘箱中烘干，再经表面上胶、干燥、收卷，得到表面改性的碳纤维。

3.如权利要求1所述的碳纤维表面改性的方法，其特征在于：

所述强碱性电解液是碱金属氢氧化物强碱盐溶液。

4.如权利要求1所述的碳纤维表面改性的方法，其特征在于：

所述弱碱性电解液是强碱弱酸盐溶液或氨水。

5.如权利要求1所述的碳纤维表面改性的方法，其特征在于：

所述强碱性电解液的溶质是KOH、NaOH、Ca(OH)₂或Ba(OH)₂中的一种或多种，所述弱碱性电解液的溶质是碳酸氢铵、丁二酸钠或醋酸钠的一种或多种。

6.如权利要求1所述的碳纤维表面改性的方法，其特征在于：

当所述强碱性电解液的溶质是KOH和/或NaOH，所述溶质的摩尔浓度为0.0001-0.01mol/L。

7.如权利要求1所述的碳纤维表面改性的方法，其特征在于：

所述电解氧化（A）中的电流密度为1.2-1.8A/m²，所述电解氧化（B）中的电流密度为0.2-0.8A/m²。

8.如权利要求1所述的碳纤维表面改性的方法，其特征在于：

所述碳纤维在电解氧化（A）中与电解槽（a）中的阴极石墨板的距离在20-30mm之间；所述碳纤维在电解氧化（B）中与电解槽（b）中的阴极石墨板的距离在20-30mm之间。

9.如权利要求1所述的碳纤维表面改性的方法，其特征在于：

所述碳纤维是聚丙烯腈基碳纤维或沥青基碳纤维。

10.一种由权利要求1-9任一项所述的方法制备所得的碳纤维。

11.如权利要求10所述的碳纤维，其特征在于：

所述碳纤维是聚丙烯腈基碳纤维或沥青基碳纤维。

12.如权利要求11所述的碳纤维，其特征在于：

所述碳纤维的抗拉强度为3.8GPa以上，拉伸模量在220GPa以上，所述抗拉强度和拉伸模量的是根据国标GB3362-2005测试得到。

13.一种由权利要求10所述的碳纤维制备得到的复合材料。

14.如权利要求13所述的复合材料，其特征在于：

包含基体树脂和碳纤维，所述碳纤维与所述基本树脂的重量比是1.5-2。

15.如权利要求13所述的复合材料，其特征在于：

其层间剪切强度在76MPa以上；所述层间剪切强度是根据国标GB3357-82中的要求和方法测试得到的。

16.一种如权利要求13所述的复合材料的应用，其特征在于：

所述复合材料应用于航空航天、国防军事、民用领域。

17.一种用于碳纤维表面改性用的生产设备，包括机架和电解槽，其特征在于：

包括两个电解槽，所述电解槽中分别盛有强碱性电解液和弱碱性电解液，所述强碱性电解液的pH值为10-12，所述弱碱性电解液的pH值为7.2-8.5，所述电解槽的底部分别安装有与阴极连接的石墨板，在机架上安装有绝缘辊和导电辊，所述绝缘辊的下部浸泡在所述电解中，所述导电辊设在所述电解槽上方与阳极相连，所述碳纤维依次通过所述导电辊的上部和所述绝缘辊的下部。

18.如权利要求17所述的生产设备，其特征在于：

所述绝缘辊的下部距所述石墨板的距离是20-30mm。