[发明专利]基于多巴胺提高碳纤维增强复合材料表面涂装性能的方法

说明书

本发明属于材料表面处理及涂装技术领域，涉及一种表面自由能较低的碳纤维增强树脂基复合材料，通过该方法可显著提高涂料在材料表面的附着能力。技术方案包括以下步骤：(1)脂肪醇聚氧乙烯醚AEO‑12，0.1‑2份，JFC，0.1‑3份，30wt％的H₂O₂溶液，0.01‑0.5份，余量为H₂O，组成A液。(2)用硼砂和硼酸配制pH值为8.0‑8.5的缓冲溶液，将盐酸多巴胺溶于缓冲溶液，配制浓度为0.4‑0.6g/L的盐酸多巴胺溶液,得到B液。(3)将A液与B液等体积混合均匀，刷涂或喷涂至经过打磨处理后的碳纤维增强树脂基复合材料表面上，待干燥后进行涂料的涂装。本发明可显著提高涂料在碳纤维增强树脂基复合材料表面的附着力。

技术领域

本发明属于碳纤维复合材料表面处理及涂装技术领域，提供了一种基于多巴胺的提高碳纤维增强复合材料(CFRP)和涂料附着力的方法。

背景技术

碳纤维是一种含碳量在95％以上的，具有高强度、高模量的新型纤维材料。碳纤维是由片状石墨微晶沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维具有轴向强度和模量高，密度低，耐疲劳性和耐腐蚀性好，热膨胀系数小，且具有各向异性的特点，在国防军工和民用方面都具有重要的研究和应用价值。同传统的玻璃纤维和凯夫拉纤维相比，碳纤维具有更高的杨氏模量，同时，其在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性突出。碳纤维不仅具有碳材料的固有本征特性，同时还具有纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维(沈真，碳纤维复合材料在飞机结构中的应用，高科技纤维与应用，2010，35(4)：1-4+24.)。

碳纤维的主要用途之一是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制备具有优异性能的碳纤维增强复合材料(CFRP)。CFRP具有质量轻、强度高、耐冲击、耐腐蚀的优点，可广泛应用于发动机罩、翼子板、车顶、行李箱盖、门板和底盘等零部件。CFRP由于受成形技术(固化时间长)和碳纤维价格昂贵等因素制约，多用于航空航天领域和少量高级轿车或跑车上。随着其技术进步和应用规模不断扩大，使用成本逐步下降，目前国外已经开始在量产车型上有所应用。

碳纤维增强复合材料本身为黑色，为了装饰和美观，需要在其表面进行相应的涂装。CFRP具有很低的表面能，给其表面涂装带来了困难，如何提高涂料在其表面的附着力显得尤为重要。可以通过对碳纤维增强复合材料基材进行表面处理来增加其表面的附着力，从而提高涂装性能。已经报道过的表面处理方法有：机械法、氧化液法、等离子体法、火焰处理法、紫外照射法等，上述各种方法都能在一定程度上提高碳纤维增强复合材料表面与涂料的黏附能力，但同时也存在一定的缺点。如，机械法是较为常用的方法，但处理力度难以掌握，若轻度打磨会造成表面的脱模剂未完全脱落，影响涂料的附着性能。打磨过度则会破坏复合材料内的碳纤维丝而降低碳纤维增强复合材料基材的力学性能，从而影响其使用功能。氧化液法用到Cr⁶⁺，因而存在一定的污染问题，等离子体法、火焰处理法、紫外照射法适合实验室或小零件的处理加工，难以实现工业化。因此，开发一种简单、环保而又能适合工业化生产的方法来提高碳纤维增强复合材料表面与涂料的黏附能力的方法非常必要。

据文献报道，海洋贻贝类生物可以分泌出黏附蛋白，在潮湿的环境下展现出了超强的黏附能力(Lee Haeshin,Dellatore Shara M.,Miller William M.,MessersmithPhilip B.,Mussel-inspired surface chemistry for multifunctional coatings,Science,2007,318:426-430.)。海洋贻贝黏附蛋白所具有的高强度，高韧性，防水性以及特殊的黏附性能，是目前其他黏合剂所无法比拟的。目前，通过模仿黏附蛋白分子结构和性能，开发和应用新型功能材料，是仿生领域研究的热点之一。