[发明专利]一种提高碳纤维体积电阻率的方法、改性碳纤维及其用途

说明书

本发明涉及一种提高碳纤维体积电阻率的方法、改性碳纤维及其用途，所述提高碳纤维体积电阻率的方法包括如下步骤：(1)对碳纤维基体进行氧化处理，得到预氧化的碳纤维；(2)将所述预氧化的碳纤维与含有活性基团的笼形聚倍半硅氧烷化合物进行接枝反应，得到改性碳纤维；所述活性基团包括环氧基、乙烯基、氨基、巯基、硅醇基、羟基和羧酸基中的任意一种或至少两种组合，所述改性碳纤维用于绝缘工程塑料，通过本发明提供的方法，能够得到高体积电阻率、低介电常数的改性碳纤维，使其能够应用于绝缘工程塑料中。

技术领域

本发明涉及表面改性技术领域，尤其涉及一种提高碳纤维体积电阻率的方法、改性碳纤维及其用途。

背景技术

碳纤维(carbon fiber，简称CF)，是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，综合性能优异。碳纤维主要性能如下：(1)比重小(1.7～2.13g/cm)；(2)模量高(200～700GPa)，比模量大，碳纤维杨氏模量是玻璃纤维的3倍、凯夫拉纤维的2倍左右；(3)强度高(3～7GPa)，比强度大；(4)自润滑，耐磨损；(5)热膨胀系数小(0～1.1×10^-6K^-1)，尺寸稳定性好；(6)热导率高(10～160W·m^-1·K^-1)。上述这些综合的优异性能，使其成为先进复合材料的主要增强纤维之一。但碳纤维的微观乱层石墨结构使其平行电场方向具有较高的介电常数和导电性，无法用于绝缘复合材料。

CN108342045A公开了一种碳纤维组合物。包括如下组分：聚双环戊二烯占37～44％，碳纤维占35～41％，水性环氧树脂17～22％，增韧剂2～4％，稳定剂1～3％，弹性体2～5％，金属元素0.7～1.3％，所述的碳纤维经过表面处理。该碳纤维组合的碳纤维具有更好的界面结合力，能有效传递载荷，充分发挥增强碳纤维的高强高模性能，提高复合材料的机械性能，相对于传统的碳纤维组合物具有一定的弹性能力的同时具有优越的抗拉伸性能、抗冲击能力和抗弯曲性能，但是其具有较高的介电常数，导电性好，很难应用于绝缘材料。

CN108193482A公开了一种用于碳纤维表面改性的处理方法，碳纤维在进行电化学处理时采用复配电解液，所述的复配电解液由溶剂和化合物组成，其中溶剂为有机试剂和无机试剂复配的混合溶剂，所述的有机试剂和无机试剂选自水、乙二醇、甘油、草酸、乙腈，所述的化合物选自含氮化合物。该处理方法不仅可提高碳纤维表面氧含量，同时增加了碳纤维表面氮含量，使碳纤维与树脂基体的粘接性能更优异，但是所述碳纤维仍具有较高的介电常数，导电性好，很难应用于绝缘材料。

CN106498738A公开了一种改性碳纤维的方法，包括如下步骤：(1)研磨：先将长度为50～100微米的短碳纤维置于研磨机中，在磨介的作用下研磨40小时，使得短碳纤维的长度下降到0.5微米以下，长径比小于10；(2)浸润：采用超分散剂对研磨后的短碳纤维进行浸润；(3)包覆：采用表面处理剂对浸润后的短碳纤维进行包覆，期间，将短碳纤维的堆积密度控制在1以下，得到改性碳纤维。所述改性碳纤维具有分散性能好，堆积密度低等特性，对电磁波和无线信号能局部屏蔽和干扰，达到在信息竞争中取得优势的作用，但具有较高的介电常数和较低的电阻率，很难用于绝缘材料。

因此，本领域亟待开发一种提高碳纤维体积电阻率的方法，使碳纤维既能够保有较高的力学强度，又具有优异的绝缘性能，即相对于现有技术，提高碳纤维的体积电阻率提高，介电常数降低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种提高碳纤维体积电阻率的方法，所述提高碳纤维体积电阻率的方法包括如下步骤：

(1)对碳纤维基体进行氧化处理，得到预氧化的碳纤维；

(2)将所述预氧化的碳纤维与含有活性基团的笼形聚倍半硅氧烷化合物进行接枝反应，得到改性碳纤维；