专利名称：一种碳纤维表面处理剂及其处理方法
技术领域：
本发明涉及高分子技术领域，尤其涉及一种碳纤维表面处理剂及其处理方法。
背景技术：
碳纤维具有高强度、低密度、高耐温、耐水、耐腐蚀等特点，是一种优异的高强度增强材料。碳纤维增强的高分子树脂是十分重要的军工器械、航空用高性能结构材料。碳纤维增强的高性能树脂大部分为极性树脂，如聚酰胺、聚酯、聚酰亚胺等。碳纤维表面极性很弱，与极性树脂的粘结力很小，因此一般需对其进行表面处理后才能用于增强复合材料。常用的碳纤维表面处理剂包括硅烷类偶联剂及丙烯酸、聚氨酯类成膜剂等成份。硅烷偶联剂在使用中易于自缩聚成硅氧烷低聚物，实际的利用率低，且与玻璃纤维表面有效化学键合的那部分还极易水解。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种碳纤维表面处理剂及其处理方法。为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案一种碳纤维表面处理剂，其由以下组分制备而成溶剂0% -99% ；聚丙烯腈-100%，以上百分数是质量百分比。其中，所述的溶剂为极性溶剂，包括水，乙醇，甲醇，丙酮中的一种或几种。其中，所述的聚丙烯腈为液态聚丙烯腈低聚物，其分子量(粘均分子量)范围为 106-10000 道尔顿。本发明碳纤维表面处理剂的处理方法包括以下步骤步骤1 将聚丙烯腈与溶剂混合后搅拌均勻；步骤2 将碳纤维浸润步骤1的溶剂；步骤3 将经浸润处理的碳纤维于50-300摄氏度烘箱内预氧化0. 01-100小时。其中，所述的碳纤维为聚丙烯腈基的碳纤维。本发明的有益效果是本发明通过先采用液态聚丙烯腈低聚物浸润碳纤维，经浸润处理的碳纤维再经预氧化后，聚丙烯腈吸附在碳纤维表面形成大量活性腈基，这些腈基与极性树脂具有非常好的键合力，改善了碳纤维与极性树脂的粘接性，提高了碳纤维的表面极性，增强了碳纤维与树脂基体的粘结力，所得碳纤维增强材料产品的强度高、韧性好、 生产工艺简单，可广泛应用于碳纤维增强的汽车、军工器械、航空用高性能结构材料。
具体实施例方式一种碳纤维表面处理剂，由以下组分按质量百分比制备而成溶剂0-99%;聚丙烯腈 1-100%。所述的溶剂为极性溶剂，包括水、乙醇、甲醇、丙酮中的一种或几种。所述的碳纤维为含聚丙烯腈基的碳纤维。所述的聚丙烯腈为液态聚丙烯腈低聚物，其分子量范围为 106-10000 道尔顿。
本发明碳纤维表面处理剂的处理方法包括以下步骤步骤1 将聚丙烯腈与溶剂按质量百分比混合后搅拌均勻；步骤2 将碳纤维浸润步骤1的溶剂；步骤3 将经浸润处理的碳纤维于50-300摄氏度烘箱内预氧化0. 01-100小时得到表面处理碳纤维。实施例1将碳纤维直接用液态聚丙烯腈(粘均分子量106)浸润，将碳纤维于50摄氏度烘箱内预氧化100小时得表面处理碳纤维。实施例2将碳纤维直接用40% (wt)聚丙烯腈(粘均分子量3000)乙醇溶液浸润，将碳纤维于180摄氏度烘箱内预氧化10小时得表面处理碳纤维。实施例3将碳纤维直接用60% (wt)聚丙烯腈(粘均分子量5000)甲醇溶液浸润，将碳纤维于250摄氏度烘箱内预氧化0. 1小时得表面处理碳纤维。实施例4将碳纤维直接用99% (wt)聚丙烯腈(粘均分子量10000)水溶液浸润，将碳纤维于300摄氏度烘箱内预氧化0. 01小时得表面处理碳纤维。上述溶剂也可以水、乙醇、甲醇、丙酮中的一种或几种。对比例1末经处理的碳纤维测试方法为测试经表面处理碳纤维的力学性能，以实施例1-4和对比例1的碳纤维为增强材料，尼龙66为基体树脂，制备了碳纤维增强尼龙66复合材料。举例 1复合材料的制备方式如下将树脂聚己二酸己二酰胺(注塑级中粘树脂)质量比为69.6%；润滑剂(硬脂酸锌)质量比为0.2%;抗氧剂(酚类抗氧剂四[β_(3’，5’ - 二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)质量比为0. 2%。在高速混合机中混合4分钟；混合均勻的各组分置于双螺杆挤出机中，经熔融混合挤出造粒，碳纤维30%以侧喂料方式加入挤出机中；其中，碳纤维为上述实施例1-4经表面处理后得到的吸附有聚丙烯腈的碳纤维及未经处理的碳纤维。其加工温度为一区温度240-250 °C，二区温度245-260 °C，三区温度 245-260°C，四区温度250-270°C，五区温度250-280°C，六区温度250_275°C，七区温度 250-260°C，主机转速:300-350rpmo将按上述方法完成的粒子事先在90 110°C的鼓风烘箱中干燥4小时，然后再将干燥好的粒子材料在注射机上进行注射成型制样，注射成型模温控制在90°C，注塑成型温度控制在260-280°C。拉伸性能测试按ASTM D638标准进行，试样尺寸为150mm*12mm*3. 5mm,拉伸速度为50mm/min ；弯曲性能测试按ASTM D790进行，试样尺寸为80mm*12mm*3. 5mm,拉伸速度为2mm/min，跨距为48mm，悬臂梁缺口冲击强度按ASTM D256进行，试样尺寸为 55mm*12. 6mm*3. 5mm，缺口深度为试样厚度的三分之一。材料的综合力学性能通过测试所得的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、冲击强度的数值进行评判。实施例1-4及对比例1性能见表1表 权利要求
1.一种碳纤维表面处理剂，其特征在于，由以下组分按质量百分比制备而成 溶剂0-99% ；聚丙烯腈 1-100%。
2.根据权利要求1所述的碳纤维表面处理剂，其特征在于所述的溶剂为极性溶剂，包括水、乙醇、甲醇、丙酮中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的碳纤维表面处理剂，其特征在于所述的碳纤维为含聚丙烯腈基的碳纤维。
4.根据权利要求1所述的碳纤维表面处理剂，其特征在于所述的聚丙烯腈为液态聚丙烯腈低聚物，其分子量范围为106-10000道尔顿。
5.一种如权利要求1所述的碳纤维表面处理剂的处理方法，其特征在于包括以下步骤步骤1 将聚丙烯腈与溶剂按质量百分比混合后搅拌均勻； 步骤2 将碳纤维浸润步骤1的溶剂；步骤3 将经浸润处理的碳纤维于50-300摄氏度烘箱内预氧化0. 01-100小时得到表面处理碳纤维。
6.根据权利要求5所述的碳纤维表面处理剂的处理方法，其特征在于，所述的碳纤维为聚丙烯腈基的碳纤维。
全文摘要
本发明公开了一种碳纤维表面处理剂及其处理方法。此处理剂由以下组分制备而成溶剂0％-99％；聚丙烯腈1％-100％。本发明主要通过液态聚丙烯腈对碳纤维进行表面处理提高碳纤维与极性树脂基体的粘接性，提高碳纤维增强材料的力学性能。本发明的优点是提高了碳纤维的表面极性，增强了碳纤维与树脂基体的粘结力，所得碳纤维增强材料产品的强度高、韧性好、生产工艺简单，可广泛应用于碳纤维增强的汽车、军工器械、航空用高性能结构材料。
文档编号D06M15/31GK102312377SQ20101061478
公开日2012年1月11日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者徐东, 徐永, 黄新政 申请人:安徽科聚新材料有限公司