一种碳纤维表面处理的新方法
【专利摘要】本发明涉及一种碳纤维表面处理的新方法，先将碳纤维在氧气氛中进行氧化处理，再将氧化处理后的碳纤维用磷酸铵溶液进行表面处理，表面处理后的碳纤维与丙烯酸树脂制备的复合材料的层间剪切强度高达110.5-132.7MPa，极大地提高碳纤维和树脂基体材料的粘结性，进一步提高了碳纤维的力学性能和机械性能。本发明原料易得，制备方法简单，符合产业发展所需，相当具有实用性。
【专利说明】
一种碳纤维表面处理的新方法
技术领域
[0001]本发明涉及复合材料领域，特别是涉及一种碳纤维表面处理的新方法。
【背景技术】
[0002]碳纤维增强树脂基复合材料由于具有密度小、比强度高、比模量高、热膨胀系数小等优点，在航天器结构上已得到广泛应用。碳纤维是增强体，为主要的承力结构；树脂基体起到连接纤维和传递载荷的作用，可以传递和承受剪切应力，承受垂直于纤维的拉伸和压缩载荷，并保护纤维不受损伤和腐蚀。
[0003]复合材料的性能不仅取决于其组分材料，也在很大程度上取决于各组分间界面的质量。复合材料的界面是增强相和基体相之间的中间相，是增强相和基体相连接的桥梁，也是其他信息的传递者，良好的界面结合能有效传递载荷，提高复合材料的力学性能。但是由于碳纤维表面惰性大，表面能低，缺乏有化学活性的官能团，反应活性低，与基体的粘结性差，界面存在较多的缺陷，直接影响了复合材料的力学性能，限制了碳纤维高性能的发挥。为了改善界面性能，充分利用界面效应的有利因素，可以通过对碳纤维进行表面改性的办法来提高其对基体的浸润性和粘结性。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于，提供一种碳纤维表面处理的新方法，所要解决的技术问题是提供一种有效的碳纤维表面处理方法，提尚碳纤维和树脂基体材料的粘结性，从而进一步提高复合材料的力学性能和机械性能。
[0005]本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
[0006]依据本发明提出的一种碳纤维表面处理的新方法，其中，先将碳纤维在氧气氛中进行氧化处理，之后再将碳纤维用磷酸铵进行表面处理，表面处理后的碳纤维与丙烯酸树脂制备的复合材料的层间剪切强度为110.5-132.7MPa。
[0007]前述的一种碳纤维表面处理的新方法，其包括以下步骤:
[0008](I)首先，对碳纤维进行切丝处理，使其长度为40-60mm，然后将碳纤维放入丙酮溶液中浸泡15h，取出碳纤维用蒸馏水清洗3-5次，然后于50°C下干燥；
[0009](2)将上述碳纤维于380 °C下在氧气氛中进行氧化处理；
[0010](3)将氧化处理后的碳纤维放于磷酸铵溶液中，用超声波于室温处理20min ;
[0011](4)将上述处理后的碳纤维过滤，用蒸馏水清洗，烘干即可。
[0012]前述的一种碳纤维表面处理的新方法，其中，步骤(2)所述的氧化处理时间为1min0
[0013]前述的一种碳纤维表面处理的新方法，其中，磷酸铵溶液的重量百分数为0.5% -1.
[0014]前述的一种碳纤维表面处理的新方法，其中，碳纤维在磷酸铵溶液中的重量百分数为 1.5% -3.0%。
[0015]前述的一种碳纤维表面处理的新方法，其中，超声波的频率为60-70Hz。
[0016]本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明一种碳纤维表面处理的新方法可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点:
[0017]1、本发明提供了一种碳纤维表面处理的新方法，先将碳纤维在氧气氛中进行氧化处理，之后再将碳纤维用磷酸铵进行表面处理，表面处理后的碳纤维与丙烯酸树脂制备的复合材料的层间剪切强度高达110.5-132.7MPa，极大地提高了碳纤维的力学性能和机械性會K。
[0018]2、本发明原料易得，制备方法简单，能够显著降低制造成本，在使用的实用性及成本效益上，确实完全符合产业发展所需，相当具有产业利用价值。
[0019]综上所述，本发明一种碳纤维表面处理的新方法，在技术上有显著的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
[0020]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，详细说明如下。
[0021]
【具体实施方式】
[0022]有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，将在以下具体进行说明。通过【具体实施方式】的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附实施例仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
[0023]本发明一种碳纤维表面处理的新方法，先将碳纤维在氧气氛中进行氧化处理，之后再将碳纤维用磷酸铵进行表面处理，表面处理后的碳纤维与丙烯酸树脂制备的复合材料的层间剪切强度高达110.5-132.7MPa。
[0024]本发明一种碳纤维表面处理的新方法的具体步骤如下:
[0025](I)首先，对碳纤维进行切丝处理，使其长度为40-60mm，然后将碳纤维放入丙酮溶液中浸泡15h，取出碳纤维用蒸馏水清洗3-5次，然后于50°C下干燥；
[0026](2)将上述碳纤维于380 °C下在氧气氛中进行氧化处理；
[0027](3)将氧化处理后的碳纤维放于磷酸铵溶液中，用超声波于室温处理20min ;
[0028](4)将上述处理后的碳纤维过滤，用蒸馏水清洗，烘干即可。
[0029]前述的一种碳纤维表面处理的新方法，其中，步骤(2)所述的氧化处理时间为1min0
[0030]前述的一种碳纤维表面处理的新方法，其中，磷酸铵溶液的重量百分数为0.5% -1.
[0031]前述的一种碳纤维表面处理的新方法，其中，碳纤维在磷酸铵溶液中的重量百分数为 1.5% -3.0%。
[0032]前述的一种碳纤维表面处理的新方法，其中，超声波的频率为60-70HZ。
[0033]实施例1
[0034]对碳纤维进行切丝处理，使其长度为40mm，然后将碳纤维放入丙酮溶液中浸泡15h，取出碳纤维并用蒸馏水清洗3次，然后于50°C下干燥；将干燥后的碳纤维于380°C下在氧气氛中进行氧化处理1min ;然后将氧化处理后的碳纤维放于重量百分数为0.5%的磷酸铵溶液中，使碳纤维在磷酸铵溶液中的重量百分数为1.5%，用超声波于室温处理20min，超声波的频率为60Hz ;最后过滤，用蒸馏水清洗，烘干。
[0035]将表面处理后的碳纤维与丙烯酸树脂制备复合材料，其层间剪切强度为110.5MPao
[0036]实施例2
[0037]对碳纤维进行切丝处理，使其长度为50mm，然后将碳纤维放入丙酮溶液中浸泡15h，取出碳纤维并用蒸馏水清洗3次，然后于50°C下干燥；将干燥后的碳纤维于380°C下在氧气氛中进行氧化处理1min ;然后将氧化处理后的碳纤维放于重量百分数为0.7%的磷酸铵溶液中，使碳纤维在磷酸铵溶液中的重量百分数为2.0%，用超声波于室温处理20min，超声波的频率为60Hz ;最后过滤，用蒸馏水清洗，烘干。
[0038]将表面处理后的碳纤维与丙烯酸树脂制备复合材料，其层间剪切强度为119.6MPa0
[0039]实施例3
[0040]对碳纤维进行切丝处理，使其长度为50mm，然后将碳纤维放入丙酮溶液中浸泡15h，取出碳纤维并用蒸馏水清洗3次，然后于50°C下干燥；将干燥后的碳纤维于380°C下在氧气氛中进行氧化处理1min ;然后将氧化处理后的碳纤维放于重量百分数为1.0%的磷酸铵溶液中，使碳纤维在磷酸铵溶液中的重量百分数为3.0%，用超声波于室温处理20min，超声波的频率为70Hz ;最后过滤，用蒸馏水清洗，烘干。
[0041]将表面处理后的碳纤维与丙烯酸树脂制备复合材料，其层间剪切强度为126.4MPa0
[0042]实施例4
[0043]对碳纤维进行切丝处理，使其长度为60mm，然后将碳纤维放入丙酮溶液中浸泡15h，取出碳纤维并用蒸馏水清洗3次，然后于50°C下干燥；将干燥后的碳纤维于380°C下在氧气氛中进行氧化处理1min ;然后将氧化处理后的碳纤维放于重量百分数为0.8%的磷酸铵溶液中，使碳纤维在磷酸铵溶液中的重量百分数为2.5%，用超声波于室温处理20min，超声波的频率为70Hz ;最后过滤，用蒸馏水清洗，烘干。
[0044]将表面处理后的碳纤维与丙烯酸树脂制备复合材料，其层间剪切强度为132.7MPa。
[0045]上述本发明的一种碳纤维表面处理的新方法的技术创新，对于现今同行业的技术人员来说均具有许多可取之处，而确实具有技术进步性。
[0046]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
【主权项】
1.一种碳纤维表面处理的新方法，其特征在于先将碳纤维在氧气氛中进行氧化处理，再将氧化处理后的碳纤维用磷酸铵溶液进行表面处理，表面处理后的碳纤维与丙烯酸树脂制备的复合材料的层间剪切强度为110.5-132.7MPa。2.如权利要求1所述的一种碳纤维表面处理的新方法，其特征在于其包括以下步骤: (1)首先，对碳纤维进行切丝处理，使其长度为40-60mm，然后将碳纤维放入丙酮溶液中浸泡15h，取出碳纤维用蒸馏水清洗3-5次，然后于50°C下干燥； (2)将上述碳纤维于380°C下在氧气氛中进行氧化处理； (3)将氧化处理后的碳纤维放于磷酸铵溶液中，用超声波于室温处理20min; (4)将上述处理后的碳纤维过滤，用蒸馏水清洗，烘干即可。3.如权利要求2所述的一种碳纤维表面处理的新方法，其特征在于步骤(2)所述的氧化处理时间为1min。4.如权利要求2所述的一种碳纤维表面处理的新方法，其特征在于磷酸铵溶液的重量百分数为0.5% -1.0%。5.如权利要求2所述的一种碳纤维表面处理的新方法，其特征在于碳纤维在磷酸铵溶液中的重量百分数为1.5% -3.0%。6.如权利要求2所述的一种碳纤维表面处理的新方法，其特征在于超声波的频率为60-70Hzo
【文档编号】C08K9/02GK106032644SQ201510608623
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2015年9月22日
【发明人】高学昆, 郭帅, 丁超
【申请人】洛阳新巨能高热技术有限公司