[发明专利]一种碳纤维复合材料界面层的制备方法

说明书

本发明提供了一种碳纤维复合材料界面层的制备方法。该方法采用包括碳纳米管、酚醛树脂、固化剂与溶剂的上浆剂，将该上浆剂上浆至碳纤维表面，固化后进行高温热处理，得到包含碳纳米管的热解碳涂层，能在碳纤维为增强体的复合材料中起到界面增强增韧的效果。该方法简单易行，成本低，与现有的CVD与EPD相比工艺复杂度大大降低，并且工艺条件易于控制，制备过程中对碳纤维本身不产生损伤，能够降低对碳纤维本身性能的影响。

技术领域

本发明涉及表面处理技术领域，尤其涉及一种碳纤维复合材料界面层的制备方法。

背景技术

碳纤维由于具有高比强度、高比模量以及一定的韧性而被作为复合材料增强体广泛用于航空航天、土木建筑、汽车、体育休闲用品等领域。

对于复合材料而言，界面起到了传递载荷、损耗能量的关键作用。在制备碳纤维复合材料过程中，尤其对于陶瓷基复合材料，有报道采用在碳纤维表面引入热解碳涂层(CVD法)或者碳纳米管层，利用热解碳涂层界面缓冲载荷而减少对碳纤维本身强度的损坏，利用碳纳米管阻碍裂纹的扩展而达到界面增强的效果，同时碳纳米管能增加裂纹的扩展路径、吸收能量，从而实现界面增韧的目的。

目前，通常采用CVD法(Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积法)引入热解碳涂层，采用CVD法或者EPD(Electrophoresis Deposition，电泳沉积法)法引入碳纳米管。但是，这两种方法都较复杂，尤其是CVD法还会对碳纤维本身性能产生一定的影响。

发明内容

针对上述技术现状，本发明提供了一种碳纤维复合材料界面层的制备方法，该方法简单易行，能够在碳纤维表面制得包含碳纳米管的热解碳涂层，因而在碳纤维作为增强体的复合材料中起到界面增强增韧的效果。

本发明的技术方案如下：

一种碳纤维复合材料界面层的制备方法，所述的碳纤维复合材料以碳纤维为增强体；其特征是：采用上浆剂上浆碳纤维表面，固化后进行高温热处理，得到包含碳纳米管的热解碳涂层；

所述的上浆剂包括碳纳米管、酚醛树脂、固化剂与溶剂，其中碳纳米管的质量占上浆剂质量的0.01～1％，酚醛树脂的质量占上浆剂质量的0.1～2％。

碳纤维复合材料是指碳纤维为增强体的复合材料，该复合材料的基体不限，包括树脂基、陶瓷基以及金属基等复合材料，本发明所述的界面层是指基体与碳纤维之间的界面。

所述碳纳米管的结构不限，包括单壁、双壁或者多壁碳纳米管。

所述碳纳米管的尺寸不限，作为优选，碳纳米管的直径为0.8-100nm，长度为0.5-50um。

所述碳纳米管包括未经功能改性的碳纳米管，也包括功能改性的碳纳米管，例如经过羟基化、羧基化或胺化处理的碳纳米管等。

所述酚醛树脂不限，包括PFNH-200酚醛树脂、3201酚醛树脂、2123酚醛树脂、2122酚醛树脂、2127酚醛树脂、264酚醛树脂、219酚醛树脂、硼酚醛树脂以及含磷酚醛树脂等中的一种或者两种以上的混合。

所述固化剂不限，包括六亚甲基四胺、甲醛等。

所述溶剂不限，包括甲醇、无水乙醇、去离子水、丙酮、NMP、DMF以及DMSO等中的一种或几种。

作为优选，所述的酚醛树脂与碳纳米管的质量比值为0.3～20。

作为优选，所述的固化剂与酚醛树脂的质量比值为0.001～0.2，当酚醛树脂为热固性酚醛树脂时，可以理解为该酚醛树脂中包含固化剂，因此无需额外加入固化剂。