[发明专利]一种高表面活性沥青基石墨纤维及其制备方法和基于其制备的树脂基复合材料

说明书

本发明公开了一种高表面活性沥青基石墨纤维及其制备方法和基于其制备的树脂基复合材料，属于碳纤维制备技术领域。包括步骤：1)以中间相沥青为原料，经熔融纺丝制备得到纤维直径为10μm～30μm的沥青基原丝；2)将步骤1)制得的沥青基原丝卷绕收丝后，依次经过主动放丝、不熔化处理、低温炭化处理、高温碳化处理、石墨化处理、表面处理(电解)、水洗干燥、上浆干燥及最终卷绕收丝，制备得到沥青基石墨纤维。本发明通过表面电解水洗的引入，按本方法制备的沥青基石墨纤维在其它性能不变的情况下，其所制备的树脂基复材层间剪切强度大幅提升。

技术领域

本发明属于碳纤维技术领域，涉及一种高表面活性沥青基石墨纤维及其制备方法和基于其制备的树脂基复合材料。

背景技术

沥青基石墨纤维是一种以石油沥青或煤沥青为原料，经沥青的精制、纺丝、不熔化、炭化或石墨化而制得的含碳量大于92％的特种纤维。是一种力学性能优异的新材料。其具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳、抗蠕变、导电与导热等优良性能，是航空航天工业中不可缺少的工程材料。

但是，未进行表面处理的沥青基石墨纤维，在制备成树脂基复材后层间剪切强度较小，其树脂基复材的层间剪切强度只有20MPa～30MPa。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种高表面活性沥青基石墨纤维及其制备方法和基于其制备的树脂基复合材料，制备得到一种表面活性更高的沥青基石墨纤维，有效提高纤维与树脂界面的结合能力，从而达到提升树脂基复材层间剪切强度的目的。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种高表面活性沥青基石墨纤维的制备方法，将沥青基石墨纤维浸入碳酸氢铵溶液中进行电解处理，然后进行水洗、干燥，得到高表面活性沥青基石墨纤维。

优选的，电解处理时的电流强度为20mA～1000mA。

优选的，电解处理时间为150s～450s。

优选的，碳酸氢铵溶液质量浓度为5％～15％。

优选的，碳酸氢铵溶液温度为40℃～60℃。

优选的，水洗温度为45℃～70℃，时间为150s～450s。

优选的，沥青基石墨纤维的制备方法为：

1)以中间相沥青为原料，经熔融纺丝制备得到沥青基原丝；

2)将制得的沥青基原丝卷绕收丝后，依次经过主动放丝、不熔化处理、低温炭化处理、高温炭化处理、石墨化处理得到沥青基石墨纤维。

优选的，干燥后还进行如下处理：使用环氧树脂基上浆剂进行上浆处理，再进行干燥。

采用所述的制备方法制备得到的高表面活性沥青基石墨纤维。

采用所述的高表面活性沥青基石墨纤维制备得到的树脂基复合材料。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明通过对沥青基石墨纤维进行电解处理，从而实现对沥青基石墨纤维进行表面处理。石墨纤维表面属于非极性的低能表面，环氧树脂不容易浸润，而通过本发明在石墨纤维表面处理过程中引入了含氧、含氮官能团，提高了偶极力，提升了纤维表面能活性，增强了纤维和树脂的化学键合能力，从而有效的提升树脂基复材的层间剪切强度。

通过本发明方法制备的高表面活性沥青基石墨纤维，在保持沥青基石墨纤维特有的高模、高导热、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳、抗蠕变、导电的特性的前提下，有效提高纤维与树脂界面的结合能力，从而达到提升复材层间剪切强度的目的。经测试及后续相关实验验证，在提升纤维表面活性和树脂基复材的层间剪切强度的同时，表面处理工艺未对纤维的力学、热学等性能造成明显影响。