[发明专利]一种芳稠环分子组装改性碳纤维表面的方法及碳纤维界面增强树脂基复合材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种芳稠环分子组装改性碳纤维表面的方法，属于碳纤维改性技术领域，该方法包括以下步骤：将芳稠环二元酐和二元胺进行酰亚胺化反应，得到芳稠环酰亚胺分子组装液；将碳纤维浸渍于所述芳稠环酰亚胺分子组装液中，所述芳稠环酰亚胺分子与碳纤维结合，得到表面组装改性的碳纤维。采用本发明的改性方法能够提高碳纤维表面的化学活性。本发明还提供了一种碳纤维界面增强树脂基复合材料的制备方法：得到表面组装改性的碳纤维后，将所述表面组装改性的碳纤维与树脂复合固化，得到芳稠环分子组装改性碳纤维界面增强树脂基复合材料。采用该制备方法得到的界面增强树脂基复合材料具有良好的界面粘结强度和界面剪切强度。

技术领域

本发明涉及碳纤维改性技术领域，尤其涉及一种芳稠环分子组装改性碳纤维表面的方法及碳纤维界面增强树脂基复合材料的制备方法。

背景技术

碳纤维增强树脂基复合材料由于性能可设计、高比强度和比刚度、抗疲劳性能好、耐腐蚀、可整体成型和多功能一体化等优点被广泛应用于战斗机、大飞机、航天飞行器、卫星等领域。为了满足航天航空材料结构设计中对复合材料的整体性能需求，开展碳纤维树脂基复合材料高性能化基础研究，是目前国际上研究的热点和难点，也是国家重大战略需求，具有重要的理论研究价值以及工程应用前景。

碳纤维表面是由片状石墨微晶沿着纤维轴向堆砌而成的类石墨结构，表面粗糙度低、化学惰性大，与树脂基体的粘结性差，限制了碳纤维高性能的发挥。目前碳纤维表面涂覆的商业化上浆剂，虽然起到了集束和润滑剂的功能，提高了与树脂基体的浸润性，但是上浆剂层与碳纤维表面有限的化学键结合，容易导致复合材料遭到破坏时裂纹易沿纤维轴向发生界面脱粘，因此界面剪切强度提高有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种芳稠环分子组装改性碳纤维表面的方法，以提高碳纤维表面的粗糙度和化学活性，进而将碳纤维与树脂复合时，有效提高碳纤维与树脂基复合材料的界面粘结性能和界面剪切强度。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种芳稠环分子组装改性碳纤维表面的方法，包括以下步骤：将芳稠环二元酐和二元胺进行酰亚胺化反应，得到芳稠环酰亚胺分子组装液；将碳纤维浸渍于所述芳稠环酰亚胺分子组装液中，所述芳稠环酰亚胺分子与碳纤维结合，得到表面组装改性的碳纤维。

优选的，所述芳稠环二元酐和二元胺的摩尔比为1:1～2。

优选的，所述芳稠环二元酐为均苯四甲酸二酐、1,4,5,8-萘四甲酸二酐和3,4,9,10-苝四甲酸二酐中的一种；所述二元胺为脂肪族二元胺、芳香族二元胺和脂环族二元胺中的一种。

优选的，所述酰亚胺化反应的温度为60～120℃，时间为12～24h。

优选的，所述酰亚胺化反应在催化剂作用下进行，所述催化剂为三乙胺、羟基苯甲酸、羟基苯酚和喹啉中的一种或多种。

优选的，所述催化剂的质量为芳稠环二元酐质量的0.1～0.2％。

优选的，所述酰亚胺化反应在溶剂体系中进行，所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、甲苯、甲醇、乙腈和乙醚中的一种或多种。

优选的，所述浸渍的时间为2～10min。

优选的，所述浸渍后，还包括对浸渍后的碳纤维进行干燥。

本发明还提供了一种碳纤维界面增强树脂基复合材料的制备方法，包括：利用上述技术方案所述方法得到表面组装改性的碳纤维后，将所述表面组装改性的碳纤维与树脂复合固化，得到芳稠环分子组装改性碳纤维界面增强树脂基复合材料。