一种碳纤维表面改性方法
【专利摘要】本发明涉及一种碳纤维表面改性方法，以钛酸酯作为偶联剂，先对碳纤维进行表面处理，之后再将处理后的碳纤维进行高温空气氧化，所得到的改性碳纤维与酚醛树脂制备的复合材料的层间剪切强度高达95.2-124.6MPa，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】
_种碳纤维表面改性方法
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改性方法。
【背景技术】
[0002]碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料，它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维〃外柔内刚〃，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。
[0003]碳纤维在传统使用中除用作绝热保温材料外。多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。碳纤维已成为先进复合材料最重要的增强材料。由于碳纤维复合材料具有轻而强、轻而刚、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、结构尺寸稳定性好以及设计性好、可大面积整体成型等特点，已在航空航天、国防军工和民用工业的各个领域得到广泛应用。碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。高性能碳纤维是制造先进复合材料最重要的增强材料。
[0004]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。因此，如何提高复合材料各组分间的结合性，充分利用界面效应的优越性能，对提高复合材料的力学性能和机械性能有着重大影响。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于，提供一种碳纤维表面改性方法，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，从而进一步提尚复合材料的力学性能和机械性能。
[0006]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。
[0007]依据本发明提出的一种碳纤维表面改性方法，其中，以钛酸酯作为偶联剂，先对碳纤维进行表面处理，之后再将处理后的碳纤维进行高温空气氧化，所得到的改性碳纤维与酚醛树脂制备的复合材料的层间剪切强度高达95.2-124.6MPa。
[0008]前述的一种碳纤维表面改性方法，其中，其包括以下步骤:
[0009](I)首先，对碳纤维进行切丝处理，使其长度为30-50mm，然后将碳纤维放入丁酮溶液中浸泡12_20h，取出碳纤维并用二次蒸馏水清洗；
[0010](2)将钛酸酯偶联剂用无水乙醇稀释，得到钛酸酯稀释液；
[0011](3)将步骤(I)得到的碳纤维放于钛酸酯稀释液中，用超声波于室温处理30min ;
[0012](4)将上述处理后的碳纤维取出于50°C恒温干燥，然后将干燥后的碳纤维于600°C下在空气中进行高温氧化；最后进行清洗，烘干即可。
[0013]本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
[0014]前述的一种碳纤维表面改性方法，其中，步骤(I)和步骤(4)所述的清洗次数为
3-5 次。
[0015]前述的一种碳纤维表面改性方法，其中，步骤(2)所述的超声频率为50-70HZ。
[0016]前述的一种碳纤维表面改性方法，其中，钛酸酯稀释液中钛酸酯的重量百分数为
2.5% -4.
[0017]前述的一种碳纤维表面改性方法，其中，碳纤维在钛酸酯稀释液中的重量百分数为 2.0% -3.
[0018]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改性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:
[0019]1、本发明提供了一种碳纤维表面改性方法，以钛酸酯作为偶联剂，先对碳纤维进行表面处理，之后再将处理后的碳纤维进行高温空气氧化，所得到的改性碳纤维与酚醛树脂制备的复合材料的层间剪切强度高达95.2-124.6MPa，极大地提高了碳纤维的力学性能和机械性能。
[0020]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。
[0021]综上所述，本发明一种碳纤维表面改性方法，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。
[0022]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。
【附图说明】
[0023]无
【具体实施方式】
[0024]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。
[0025]本发明一种碳纤维表面改性方法，以钛酸酯作为偶联剂，先对碳纤维进行表面处理，之后再将处理后的碳纤维进行高温空气氧化，所得到的改性碳纤维与酚醛树脂制备的复合材料的层间剪切强度高达95.2-124.6MPa。
[0026]本发明一种碳纤维表面改性方法的具体步骤如下:
[0027](I)首先，对碳纤维进行切丝处理，使其长度为30-50mm，然后将碳纤维放入丁酮溶液中浸泡12_20h，取出碳纤维并用二次蒸馏水清洗；
[0028](2)将钛酸酯偶联剂用无水乙醇稀释，得到钛酸酯稀释液；
[0029](3)将步骤(I)得到的碳纤维放于钛酸酯稀释液中，用超声波于室温处理30min ;
[0030](4)将上述处理后的碳纤维取出于50°C恒温干燥，然后将干燥后的碳纤维于600°C下在空气中进行高温氧化；最后进行清洗，烘干即可。
[0031]前述的一种碳纤维表面改性方法，其中，步骤(I)和步骤(4)所述的清洗次数为
3-5 次。
[0032]前述的一种碳纤维表面改性方法，其中，步骤(2)所述的超声频率为50-70HZ。
[0033]前述的一种碳纤维表面改性方法，其中，钛酸酯稀释液中钛酸酯的重量百分数为
2.5% -4.
[0034]前述的一种碳纤维表面改性方法，其中，碳纤维在钛酸酯稀释液中的重量百分数为 2.0% -3.
[0035]实施例1
[0036]对碳纤维进行切丝处理，使其长度为30mm，然后将碳纤维放入丁酮溶液中浸泡12h，取出碳纤维并用二次蒸馏水清洗3次；将钛酸酯偶联剂用无水乙醇稀释，得到钛酸酯稀释液，钛酸酯稀释液中钛酸酯的重量百分数为2.5%;将步骤(I)得到的碳纤维放于钛酸酯稀释液中，碳纤维在钛酸酯稀释液中的重量百分数为2.0%，用超声波于60Hz室温处理30min ;将上述处理后的碳纤维取出于50°C恒温干燥，然后将干燥后的碳纤维于600°C下在空气中进行高温氧化；最后进行清洗3次，烘干。
[0037]将改性碳纤维与酚醛树脂制备复合材料，其层间剪切强度为95.2MPa。
[0038]实施例2
[0039]对碳纤维进行切丝处理，使其长度为40mm，然后将碳纤维放入丁酮溶液中浸泡15h，取出碳纤维并用二次蒸馏水清洗4次；将钛酸酯偶联剂用无水乙醇稀释，得到钛酸酯稀释液，钛酸酯稀释液中钛酸酯的重量百分数为3.0%;将步骤(I)得到的碳纤维放于钛酸酯稀释液中，碳纤维在钛酸酯稀释液中的重量百分数为2.0%，用超声波于70Hz室温处理30min ;将上述处理后的碳纤维取出于50°C恒温干燥，然后将干燥后的碳纤维于600°C下在空气中进行高温氧化；最后进行清洗4次，烘干。
[0040]将改性碳纤维与酚醛树脂制备复合材料，其层间剪切强度为115.7MPa。
[0041]实施例3
[0042]对碳纤维进行切丝处理，使其长度为50mm，然后将碳纤维放入丁酮溶液中浸泡20h，取出碳纤维并用二次蒸馏水清洗4次；将钛酸酯偶联剂用无水乙醇稀释，得到钛酸酯稀释液，钛酸酯稀释液中钛酸酯的重量百分数为3.5%;将步骤(I)得到的碳纤维放于钛酸酯稀释液中，碳纤维在钛酸酯稀释液中的重量百分数为3.0%，用超声波于50Hz室温处理30min ;将上述处理后的碳纤维取出于50°C恒温干燥，然后将干燥后的碳纤维于600°C下在空气中进行高温氧化；最后进行清洗5次，烘干。
[0043]将改性碳纤维与酚醛树脂制备复合材料，其层间剪切强度为101.3MPa。
[0044]实施例4
[0045]对碳纤维进行切丝处理，使其长度为40mm，然后将碳纤维放入丁酮溶液中浸泡18h，取出碳纤维并用二次蒸馏水清洗5次；将钛酸酯偶联剂用无水乙醇稀释，得到钛酸酯稀释液，钛酸酯稀释液中钛酸酯的重量百分数为4.0%;将步骤(I)得到的碳纤维放于钛酸酯稀释液中，碳纤维在钛酸酯稀释液中的重量百分数为3.5%，用超声波于70Hz室温处理30min ;将上述处理后的碳纤维取出于50°C恒温干燥，然后将干燥后的碳纤维于600°C下在空气中进行高温氧化；最后进行清洗4次，烘干。
[0046]将改性碳纤维与酚醛树脂制备复合材料，其层间剪切强度为124.6MPa。
[0047]上述本发明的一种碳纤维表面改性方法的技术创新，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。
[0048]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】
1.一种碳纤维表面改性方法，其特征在于以钛酸酯作为偶联剂，先对碳纤维进行表面处理，之后再将处理后的碳纤维进行高温空气氧化，所得到的改性碳纤维与酚醛树脂制备的复合材料的层间剪切强度高达95.2-124.6MPa。2.如权利要求1所述的一种碳纤维表面改性方法，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30-50mm，然后将碳纤维放入丁酮溶液中浸泡12-20h，取出碳纤维并用二次蒸馏水清洗； (2)将钛酸酯偶联剂用无水乙醇稀释，得到钛酸酯稀释液； (3)将步骤(I)得到的碳纤维放于钛酸酯稀释液中，用超声波于室温处理30min; (4)将上述处理后的碳纤维取出于50°C恒温干燥，然后将干燥后的碳纤维于600°C下在空气中进行高温氧化；最后进行清洗，烘干即可。3.如权利要求2所述的一种碳纤维表面改性方法，其特征在于步骤⑴和步骤(4)所述的清洗次数为3-5次。4.如权利要求2所述的一种碳纤维表面改性方法，其特征在于步骤(2)所述的超声频率为 50-70Hz。5.如权利要求2所述的一种碳纤维表面改性方法，其特征在于钛酸酯稀释液中钛酸酯的重量百分数为2.5% -4.0%。6.如权利要求2所述的一种碳纤维表面改性方法，其特征在于碳纤维在钛酸酯稀释液中的重量百分数为2.0% -3.5%。
【文档编号】C08K9/04GK106032410SQ201510604901
【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