[发明专利]一种改善高模量碳纤维复合材料界面性能的方法

说明书

本发明涉及一种改善高模量碳纤维复合材料界面性能的方法，在高模量碳纤维表面采用电泳沉积Ti₃C₂T_x MXene改善其复合材料界面性能，属于复合材料界面改性领域。所述方法不仅可以增加复合材料的界面粘结强度，提高复合材料的层间剪切强度，还具有技术和工艺简单，易于实现和操作，且装置简单成本较低等特点，适用于高模量碳纤维的连续性、大规模工业化生产。

技术领域

本发明属于复合材料界面改性领域，涉及一种改善高模量碳纤维复合材料界面性能的方法，更为具体的，涉及用高模量碳纤维表面电泳沉积Ti₃C₂T_x MXene提高其复合材料界面性能的方法。

背景技术

高模量碳纤维（拉伸模量≥350 GPa）相比标准模量碳纤维（拉伸模量220~240GPa）具有更为极致的模量，因此其树脂基复合材料被广泛应用于对材料自身刚度要求更高的航空航天、大型风电叶片等领域。但由于高模量碳纤维表面惰性极高，极性基团含量少，表面能低，树脂基体无法在其表面充分润湿，导致复合材料出色的性能无法充分发挥，故需要对其表面进行改性，以改善高模量碳纤维增强树脂基复合材料界面性能。

目前产业化的高模量碳纤维表面改性技术主要是阳极氧化法。通常而言，氧化处理在碳纤维表面发生刻蚀作用，使得碳纤维的拉伸强度有一定程度的降低。因此开发适用于目前工业化生产、对碳纤维性能无损伤的高模量碳纤维表面改性技术，从而进一步改善高模量碳纤维增强树脂基复合材料的界面性能具有重要意义。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种改善高模量碳纤维增强树脂基复合材料界面性能的方法，该方法通过电泳沉积技术在高模量碳纤维的表面引入Ti₃C₂T_xMXene，从而改善高模量碳纤维增强树脂基复合材料的界面性能。本发明所述的高模量碳纤维表面电泳沉积Ti₃C₂T_x MXene提高其复合材料界面性能的方法不仅可以增加复合材料的界面粘结强度，提高复合材料的层间剪切强度，还具有技术和工艺简单，易于实现和操作，且装置简单成本较低等特点，适用于高模量碳纤维的连续性、大规模工业化生产。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种改善高模量碳纤维增强树脂基复合材料界面性能的方法，包括以下步骤：

步骤一：Ti₃C₂T_x MXene电泳液的制备；

步骤二：在高模量碳纤维表面电泳沉积Ti₃C₂T_x MXene；

步骤三：对表面已沉积Ti₃C₂T_x MXene的高模量碳纤维进行上浆处理，烘干后即得到改性高模量碳纤维；

步骤四：将步骤三得到的改性高模量碳纤维用热压成型法制备得到改性高模量碳纤维增强树脂基复合材料。

在本发明的优选的实施方式中，步骤一中，以去离子水将少层Ti₃C₂T_x MXene分散液稀释，之后采用 NaOH溶液调节其pH，得到Ti₃C₂T_x MXene电泳液。

在本发明的优选的实施方式中，步骤一中，所述的少层Ti₃C₂T_x MXene分散液中的Ti₃C₂T_x MXene片径为0.05~15 μm，Ti₃C₂T_x MXene分散液浓度为0.02~1.00 mg/mL，调节其pH值大于7。