[发明专利]ZIF-67无损改性碳纤维增强复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了ZIF‑67无损改性碳纤维增强复合材料的制备方法，具体为：首先，去除碳纤维表面上的污染物，并浸入硝酸中；将六水合硝酸钴溶于醇溶液a中，形成溶液A，将功能化的碳纤维、2‑甲基咪唑溶于醇溶液b中，形成溶液B，将溶液A加入溶液B中进行水热反应，得到ZIF‑67改性碳纤维；再将ZIF‑67改性碳纤维、芳纶纤维和纸纤维进行混合，采用抽滤成型工艺制备复合材料预制体；之后浸渍于改性酚醛树脂乙醇溶液中，热压固化，得到ZIF‑67无损改性碳纤维增强复合材料。通过在水热条件下将ZIF‑67接枝在碳纤维上，以改善碳纤维表面的惰性光滑环境从而提高复合材料的力学性能。此方法工艺简单，材料制备成本较低。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种ZIF-67无损改性碳纤维增强复合材料的制备方法。

背景技术

碳纤维不但具有碳材料的固有本征特性，同时具有纺织纤维的柔软可加工性，且具有高比强度、高比模量、耐高温、抗化学腐蚀、耐辐射、耐疲劳、抗蠕变等一系列优异性能，因此可以作为非常重要的结构部件。然而碳纤维表面呈乱层石墨结构，其表面几乎不含有活性官能团，表现出化学惰性和憎液性，碳纤维与树脂基体界面结合性能较差成为其瓶颈所在。采用强氧化法或者高能辐射法会损害碳纤维的固有强度，疏水性纳米材料接枝导致纤维与基体之间的润湿性差，中国专利(申请号为CN201810429653.X)公开了“电化学聚合改性表面处理碳纤维的方法及碳纤维复合材料”，以碳纤维为阳极，石墨板为阴极，在电流作用下碳纤维表面进行处理以改变碳纤维表面状态，但这种方法会对碳纤维的固有强度造成损伤；中国专利(申请号为CN201811544172.X)公开了“一种异氰酸酯表面改性碳纤维-聚丙烯复合材料及其制备方法”，使用聚氨酯或环氧树脂上浆的短切碳纤维，并通过表面接枝的方式在碳纤维表面引入长链烷基，从而提高碳纤维表面与聚丙烯基体的界面结合力，但是在碳纤维表面接枝大分子物质会存在很大的空间位阻效应，不利于后续树脂的浸渍过程。中国专利(申请号为CN201210544213.1)公开了“一种碳纤维的表面处理方法”，通过低温下发射的高能等离子体撞击碳纤维表面，使得碳纤维表层发生一系列物理化学变化，得到大量活化的活性碳原子以提高碳纤维与树脂基体的粘结强度，但这种方法对实验技术要求较高。因此需要提出一种无损接枝改性碳纤维的方法以增强复合材料的界面强度。

发明内容

本发明的目的是提供ZIF-67无损改性碳纤维增强复合材料的制备方法，避免现有处理工艺对碳纤维造成的损失，提高纤维表面活性同时不损伤纤维强度。

本发明所采用的技术方案是，ZIF-67无损改性碳纤维增强复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，采用丙酮去除碳纤维表面上的污染物；

步骤2，将步骤1所得到的碳纤维浸入硝酸中，进行处理，得到功能化的碳纤维；

步骤3，将六水合硝酸钴溶于醇溶液a中，形成均匀的溶液A，将功能化的碳纤维、2-甲基咪唑溶于醇溶液b中，形成均匀的溶液B，然后在剧烈搅拌的条件下，将溶液A快速加入溶液B中进行水热反应，待反应完成后，依次采用乙醇和甲醇进行离心洗涤，干燥，得到ZIF-67改性碳纤维；

步骤4，将质量比25：8：8的ZIF-67改性碳纤维、芳纶纤维和纸纤维进行充分混合，然后采用抽滤成型工艺制备复合材料预制体；

步骤5，将复合材料预制体浸渍于改性酚醛树脂乙醇溶液中，使其充分均匀的渗入预制体，取出后自然晾干，热压固化，得到ZIF-67无损改性碳纤维增强复合材料。

本发明的特点还在于，

步骤1中，具体为：在油浴条件下，在索氏提取器中分别使用丙酮以及丙酮和水的混合液在超临界状态下对碳纤维进行处理；

当使用丙酮处理时，处理温度为80℃，处理时间为2h；