[发明专利]一种碳纤维表面接枝超支化聚芳酰胺的方法

说明书

一种碳纤维表面接枝超支化聚芳酰胺的方法，它涉及一种碳纤维表面接枝聚合物的方法。本发明的目的是要解决现有碳纤维复合材料的界面结合强度低的问题。方法：一、碳纤维的抽提处理；二、氧化；三、碳纤维的还原处理；四、碳纤维的硅烷化处理；五、制备混合物，加热，得到表面接枝超支化聚芳酰胺的碳纤维。使用本发明的方法制备得到的表面接枝超支化聚芳酰胺的碳纤维与未处理的碳纤维相比N含量增加，由未处理的1.11％提高到2.7～4％；表面能提高了大于100.5％；本发明制备的表面接枝超支化聚芳酰胺的碳纤维的界面剪切强度与未处理的碳纤维的界面剪切强度相比，提高了大于65％。本发明可获得表面接枝超支化聚芳酰胺的碳纤维。

技术领域

本发明涉及一种碳纤维表面接枝聚合物的方法。

背景技术

近年来，广泛采用纤维增强材料，例如聚合物纤维，玻璃纤维(GF)和碳纤维(CF)。其中，CF结合了卓越的机械性能和导电性能，使其成为先进复合材料的理想增强材料。

碳纤维增强聚合物(CFRP)复合材料由于其独特的属性：轻质和高强度，为消费者在材料市场提供更多的替代品。通常认为CFRP的性能高度依赖于界面性能，其决定了载荷从基体转移到纤维的方式。因此，CF在基体中的均匀分布及CF和基质之间充分的界面结合对增强性能是必要的。然而，无机CF和基体之间的不相容性可能导致纤维-基体之间的界面粘附较差，这又反过来影响所得复合材料的机械性能，所以要对碳纤维进行表面处理，改善其复合材料的界面粘结质量，从而提高材料的界面力学性能。

接枝聚合处理是将大分子接枝在碳纤维表面上，以粗糙化纤维表面并引入官能团为目的。对于不同的树脂基质，根据相容性，成本，生产条件等，需要引入合适的表面官能团，这些表面改性的方法主要包括表面高能辐照、化学气相沉积法、化学氧化及化学接枝等，但这些方法都能不同程度地增加碳纤维的表面极性或比表面积，提高其与树脂之间的界面性能，往往导致其力学性能的较大损失，并且操作繁琐，不易实施。例如在化学接枝中经常会引入酰氯化反应，这样实验危险性高，操作繁琐，耗时长，纤维本体强度损失多在10％以上，且现有改性碳纤维复合材料的界面结合强度低，界面剪切强度一般提高40％～50％。

发明内容

本发明的目的是要解决现有碳纤维复合材料的界面结合强度低的问题，而提供一种碳纤维表面接枝超支化聚芳酰胺的方法。

一种碳纤维表面接枝超支化聚芳酰胺的方法，具体是按以下步骤完成的：

一、碳纤维的抽提处理：

将碳纤维放入装有丙酮的索氏提取器中，再将丙酮加热至75℃～85℃，丙酮不断蒸出并在索氏提取器中冷凝，使碳纤维表面的杂质在蒸馏的丙酮中不断得到清洗，清洗时间为48h～72h，再将碳纤维取出，置于温度为70℃～80℃的烘箱中干燥12h～24h，得到去除环氧涂层的碳纤维；

二、氧化：

①、将去除环氧涂层的碳纤维浸渍到过硫酸钾/硝酸银混合水溶液中，加热至60℃～80℃，再在温度为60℃～80℃的条件下恒温1h～2h，得到氧化后的碳纤维；所述的过硫酸钾/硝酸银混合水溶液中过硫酸钾的浓度为0.1mol/L～0.2mol/L；所述的过硫酸钾/硝酸银混合水溶液中硝酸银的浓度为0.0001mol/L～0.01mol/L；

步骤二①中所述的去除环氧涂层的碳纤维的质量与过硫酸钾/硝酸银混合水溶液的体积比为(1g～2.5g):(300mL～500mL)；

②、室温条件下将步骤二①得到的氧化后的碳纤维在蒸馏水中浸泡5min～10min，将经蒸馏水中浸泡后的碳纤维取出，弃除蒸馏水；

步骤二②中所述的氧化后的碳纤维的质量与蒸馏水的体积比为(1g～2.5g):(300mL～500mL)；

③、重复步骤二②3次～5次，得到蒸馏水清洗后的氧化碳纤维；