[发明专利]一种保温水管

说明书

技术领域

本发明涉及一种在超临界甲醇中碳纤维表面改性的方法。

背景技术

碳纤维具有优异的机械性能、低密度、耐腐蚀性和环境稳定性，是一种理想的树脂基复合材料增强体，被广泛地应用于航空航天和机械制造等领域。碳纤维增强树脂基复合材料的综合性能主要由增强体、基体以及纤维与树脂间界面的性能共同决定。在碳纤维与树脂基体确定的前提下，界面相的结构和特性对复合材料的整体性能起着至关重要的作用，它不仅决定了应力由基体向纤维传递的方式，同时影响复合材料内部损伤积累以及裂纹传播的路径，最终决定复合材料的强度、韧性以及环境稳定性。但由于碳纤维表面乱层石墨结构所形成的特殊物理化学环境，碳纤维与树脂间的界面粘结强度通常较弱，鉴于此，碳纤维的表面改性和界面增效是解决其使用的有效途径。

常用的表面改性方法包括碳纤维表面的氧化、接枝和涂层。氧化与接枝都是致力于生成活性基团，但同时也破坏了其本体结构，导致其本体强度的大大损失。而碳纤维表面的涂层一般是通过物理或物理化学的方法在碳纤维表面形成一层与纤维和与基体之间匹配性好、既能润湿纤维又能润湿基体、具有一定厚度的聚合物界面层，从而提高碳纤维与树脂基体的界面性能，此种方法不会破坏其本体强度，并且操作简单，易于实施。

超临界流体技术近年来发展迅速，以超临界流体作为表面涂覆和化学沉积的介质有以下的优点：其一，超临界流体黏度低，渗透能力强，能够更有效地润湿碳纤维的表面；其二，超临界流体对气体的溶解能力极佳，实际上不存在气相，因此在表面涂覆及化学沉积的过程中能够彻底的避免气孔的出现。其三，在表面处理后可以直接通过卸压的方法使碳纤维与超临界流体介质分离，在这一过程中不存在气液相变，可以避免相变产生的毛细管力，避免碳纤维丝束的板结和硬化。其四，超临界表面涂覆及化学沉积在高压下进行，因此能够制备出具有高度致密性的表面涂层。

发明内容

本发明的目的是要解决现有碳纤维表面改性的方法存在破坏了碳纤维本体结构和降低碳纤维强度的问题，而提供一种在超临界甲醇中碳纤维表面涂覆聚乙烯亚胺的方法。

一种在超临界甲醇中碳纤维表面涂覆聚乙烯亚胺的方法，具体是按以下步骤完成的：

一、碳纤维的抽提处理：①、将碳纤维放入装有丙酮的索氏提取器中，在温度为75℃～85℃的条件下使用丙酮去除碳纤维表面的杂质，清洗时间为2h～8h，再将清洗后的碳纤维取出，得到丙酮清洗后的碳纤维；

②、将丙酮清洗后的碳纤维置于超临界装置中，在温度为350℃～370℃和压力为8MPa～14MPa的超临界丙酮-水体系中浸泡20min～30min，得到去除环氧涂层后的碳纤维；

步骤一②中所述的超临界丙酮-水体系中丙酮与水的体积比为5:1；

步骤一②中所述的丙酮清洗后的碳纤维的质量与超临界丙酮-水体系的体积比为1g:(35mL～80mL)；

③、将去除环氧涂层后的碳纤维置于索氏提取器中，在温度为75℃～85℃的条件下使用丙酮清洗去除环氧涂层后的碳纤维2h～4h，得到丙酮清洗后的碳纤维；再将丙酮清洗后的碳纤维取出，放入温度为70℃～80℃的烘箱中干燥2h～4h，得到抽提处理后的碳纤维；

二、涂覆：①、将无水甲醇置于容器中，然后加入聚乙烯亚胺，得到聚乙烯亚胺/无水甲醇混合溶液；再将抽提处理后的碳纤维浸入到聚乙烯亚胺/无水甲醇混合溶液中，再将容器放入不锈钢釜中，封闭不锈钢釜；

步骤二①中所述的无水甲醇与聚乙烯亚胺的体积比为(4～12):1；

步骤二①中所述的抽提处理后的碳纤维的质量与聚乙烯亚胺/无水乙醇混合溶液的体积比为(0.001g～0.008g):1mL；

②、将盐浴炉从室温加热至230℃～250℃，再将封闭的不锈钢釜放入到盐浴炉中，在压力为5MPa～7MPa和温度为230℃～250℃的条件下涂覆处理10min～30min，得到涂覆处理后的碳纤维；

③、将不锈钢釜从盐浴炉中取出，再在室温下自然冷却10min～20min，再使用冷水喷淋将不锈钢釜降温至室温，再打开不锈钢釜，取出涂覆处理后的碳纤维，再使用去离子水对涂覆处理后的碳纤维进行洗涤，至洗涤液的pH值为7，再将涂覆处理后的碳纤维放入无水乙醇中清洗3次～5次，取出后再在温度为80℃～120℃的烘箱中干燥4h～8h，得到表面涂覆聚乙烯亚胺的碳纤维。

本发明的优点：

一、本发明中超临界流体有较强的渗透和传质能力，使聚乙烯亚胺涂覆后的碳纤维表面均匀且致密；

二、本发明对碳纤维的本体结构没有破坏，拉伸性能不会损失；