[发明专利]用于表面生长碳纳米管的碳纤维电化学处理方法有效
申请号: | 201610682771.2 | 申请日: | 2016-08-17 |
公开(公告)号: | CN106319933B | 公开(公告)日: | 2019-06-07 |
发明(设计)人: | 王成国;王延相;陈纪强;郑林宝;王兴辉;秦建杰 | 申请(专利权)人: | 山东大学 |
主分类号: | D06M11/74 | 分类号: | D06M11/74;C25D11/00;D06M101/40 |
代理公司: | 北京恩赫律师事务所 11469 | 代理人: | 赵文成 |
地址: | 250061 山东*** | 国省代码: | 山东;37 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 碳纤维 碳纤维表面 催化剂前驱体 电化学处理 表面生长 碳纳米管 浸渍槽 表面残留 表面极性 粗糙度 电解槽 电解液 干燥箱 收丝机 水洗槽 烘干 加载 浆剂 拉伸 脱除 电解 去除 损伤 | ||
本发明公开了一种用于表面生长碳纳米管的碳纤维电化学处理方法,属于碳纤维表面处理领域。本发明包括以下步骤:步骤1:将脱除表面浆剂的碳纤维加入电解槽中进行电解;步骤2:将步骤1得到的碳纤维通过水洗槽去除表面残留的电解液;步骤3:将步骤2得到的碳纤维通过干燥箱烘干;步骤4:将步骤3得到的碳纤维通入到浸渍槽中,所述浸渍槽中含有催化剂前驱体溶液;步骤5:利用收丝机收集步骤4得到的碳纤维。本发明不损伤碳纤维拉伸强度,且能有效提高碳纤维表面粗糙度和官能团含量,增加碳纤维的表面极性,实现催化剂前驱体溶液在碳纤维表面的均匀加载。
技术领域
本发明涉及碳纤维表面处理领域,特别是指一种用于表面生长碳纳米管的碳纤维电化学处理方法。
背景技术
碳纤维表面原位生长碳纳米管(以下简称CNTs)是一种新型的技术,CNTs的引入增加了树脂与纤维的接触面积,提高了纤维与树脂的浸润性,并提供了一定量的机械啮合中心,对提高复合材料界面强度有重要的作用。
E.T.ThStenson等人(Carbon nanotube/carbon fiber hybrid multiscalecomposites[J].Journal of Applied physics,2002,91(9):6034-6037)通过在碳纤维表面预沉积金属催化剂,之后利用化学气相沉积的方法,在碳纤维表面原位生长了均匀的碳纳米管,使得复合材料中的碳纤维和基体树脂之间可以实现机械互锁,受外力时可以起到分散载荷的作用,其实验表明其单丝复合材料的层间剪切强度显著提高。成品的碳纤维,绝大多数的杂质原子被去除,碳纤维表面碳结构稳定,呈化学惰性,表面能低,催化剂前驱体溶液为极性溶液,很难均匀的铺展在碳纤维的表面,导致还原后催化剂颗粒的不均匀分布,进而影响CNTs在碳纤维表面分布。当复合材料受力时,没有生长CNTs处的界面强度较弱,首先发生界面脱粘,失去了传递载荷的作用,成为复合材料的缺陷,并随着载荷的增加而逐渐扩大,最终导致复合材料的失效。所以预先要对碳纤维表面进行改性处理,有效的表面改性能大大增加碳纤维的表面粗糙度,增加表面极性官能团的含量,提高纤维的表面极性。
传统的表面改性技术对碳纤维的表面刻蚀较为严重,纤维拉伸强度损伤较大,不利于碳纤维复合材料界面性能的提高。中国专利文件CN104179790A公开了一种利用电化学阳极氧化处理碳纤维的方法,并以碳酸氢铵为电解质对干喷湿纺碳纤维进行了电化学表面处理,但纤维拉伸强度损伤很大。中国专利文件CN 102505449A公开了一种利用电化学处理将CNTs接枝到碳纤维表面的方法,改善了碳纤维的表面特性,但这种方法中溶有CNTs的电解液不易保存,容易发生团聚,CNTs的接枝量难以控制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于表面生长碳纳米管的碳纤维电化学处理方法。这种方法不损伤碳纤维拉伸强度,且能有效提高碳纤维表面粗糙度和官能团含量,增加碳纤维的表面极性,实现催化剂前驱体溶液在碳纤维表面的均匀加载。
为解决上述技术问题,本发明提供技术方案如下:
一种用于表面生长碳纳米管的碳纤维电化学处理方法,包括以下步骤:
步骤1:将脱除表面浆剂的碳纤维加入电解槽中进行电解,所述电解槽中含有质量分数为3%-8%的有机电解质溶液;
步骤2:将步骤1得到的碳纤维通过水洗槽去除表面残留的电解液;
步骤3:将步骤2得到的碳纤维通过干燥箱烘干;
步骤4:将步骤3得到的碳纤维通入到浸渍槽中,所述浸渍槽中含有催化剂前驱体溶液;
步骤5:利用收丝机收集步骤4得到的碳纤维。
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