专利名称：碳纤维等离子体处理涂覆纳米石墨烯的表面改性的方法
技术领域：
本发明属于碳纤维表面改 性技术领域，特别是涉及ー种碳纤维等离子体处理涂覆纳米石墨烯的表面改性的方法。
背景技术：
碳纤维是指经高温碳化，含碳量超过85%以上的纤维材料，包括碳素纤維和石墨纤维。碳素纤维是有机纤维经1000 2300で处理后，含碳量为859Γ95%的纤维；石墨纤维是有机纤维经2300°C以上处理，含碳量在98%以上的纤维，碳纤维作为ー种高性能纤维，因具有比強度高、比模量高、热膨胀系数小、摩擦系数低、耐低温性能良好等特性而成为近年来树脂基复合材料最重要的增强材料，被广泛应用在航空航天构件和体育用品中。碳纤维表面呈惰性，比表面积小，边缘活性碳原子少，表面能低和树脂浸润性及两相界面粘结性差，复合材料层间剪切强度(Interlaminar Shearing Strength, ILSS)低。从而影响复合材料综合性能的发挥，制约了碳纤维在先进复合材料领域的进ー步推广应用。为了改善碳纤维增强树脂基复合材料的性能，须对碳纤维表面进行改性，以提高碳纤维与其他材料的粘结能力。为改善碳纤维与树脂基体等的黏合性、提高复合材料的层间剪切カ而须进行的表面处理。目的是增加碳纤维的极性基团如羧基、羰基和内酯等官能团，増加表面积，提高与树脂母体的浸润性和黏合力。前对碳纤维表面进行改性的方法较多，主要包括(I)液相氧化法(2)等离子体处理法(3)阳极电解或电沉积处理法(4)臭氧处理法；(5)气相氧化法(6)表面高能辐射法(7)共聚改性法以及偶联剂处理法等。这些方法都能基本满足碳纤维表面性能改性需要，但是エ艺较为复杂，处理时间长，表面改性不均匀等问题。碳纤维作为优良的复合材料增强剂，在其实际应用过程中，为了修补缺陷，进一歩提高性能，并满足不同的使用需求，经常会在碳纤维表面屠夫一层新的材料。涂层方法很多，包括PVD、CVD、电镀、化学镀和sol-gel等技术。石墨烯这种材料具有已知材料最好的強度，优异的导电性和导热性，经过化学功能化以后的单层石墨烯在水及有机溶剂中具有很好的溶解性，有利于其均匀分散及成型加エ，目前现有的等离子体处理碳纤维表面改性技术专利没有涉及经纳米石墨烯溶胶涂覆后的碳纤维再经等离子体技术进行表面改性的方法。
发明内容
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种碳纤维等离子体处理涂覆纳米石墨烯的表面改性的方法。技术方案一种碳纤维等离子体处理涂覆纳米石墨烯的表面改性的方法，其特征在于步骤如下
步骤I :将纳米石墨烯与有机溶剂或水混合配制成溶胶液，然后将溶胶液涂覆在碳纤维的表面，并干燥；所述溶胶液中纳米石墨烯所占的质量百分比为O. 5 10% ;步骤2 :将步骤I处理后的碳纤维置于等离子体装置上，在开放环境下，将等离子体喷射到碳纤维上涂覆的纳米石墨烯表面，使涂覆纳米石墨烯后的碳纤维在等离子体氛围中运动产生表面改性；所述等离子体处理的功率为100W-1000W，时间为10S-900S。所述纳米石墨烯为单层石墨烯、多层石墨烯或它们的混合。所述有机溶剂为自己烷、三氟こ酸、四氯化碳、甲苯、丙醇、こ酸こ酷、丙酮、こ酸、甲醇、こニ醇、ニ硫化碳、三氯こ烷、丁酮或醚中的ー种或几种。所述步骤I的涂覆方法为喷涂或浸泡。 所述浸泡时间为3-24小吋。所述等离子体装置中的等离子源为介质阻挡放电DBD等离子源、表面放电SD等离子源、体放电VD等离子源、等离子炬源、电弧等离子炬、滑动电弧等离子炬、冷等离子炬、直流等离子源、脉冲等离子源、磁控管等离子源、感应耦合等离子源、螺旋管等离子源、螺旋共振器等离子源、微波等离子源、大气压等离子体喷射APPJ源、电晕放电等离子源、微等离子源、低压等离子源或高压等离子源。所述步骤2中的开放环境为由等离子体发生器产生，并经由喷嘴机构喷射到常温、常压、大气环境中形成的等离子体氛围。所述离子体为He、Ar、Ne、Xe、空气、N2、02、H20、C02、氟里昂Freon气的卤素化合物气体、halon哈龙气体、NH3、NF3、SF6、有机化合物气体、NOx、S02、硅烷以及它们的气体混合物。所述氟里昂Freon气的卤素化合物气体为CF4、CHF3、C3F6或C4F8。所述有机化合物气体为CH4、C2H6、C2H4、C2H2、C6H6或 C2H50H。有益效果本发明提出的一种碳纤维等离子体处理涂覆纳米石墨烯的表面改性的方法，采用石墨烯作为碳纤维的表面涂层材料，将纳米石墨烯溶胶液涂覆在碳纤维表面，然后通过等离子体表面改性，可以形成高性能的复合材料，本发明成本低，操作简单，适用性强。本发明的优点在干，碳纤维表面改性所用设备投资费用低，发明成本低、操作简单、适用性强、处理效果好、纤维性能损失小，质量可靠。大量缩短改性时间，降低化学品用量和产品成本，减少环境污染，适用于エ业化生产。
具体实施例方式现结合实施例对本发明作进ー步描述实例I :步骤I :将纳米石墨烯与有机溶剂或水混合配制成溶胶液，然后将溶胶液喷涂在碳纤维的表面，并干燥；所述溶胶液中纳米石墨烯所占的质量百分比为1% ;步骤2 :将步骤I处理后的碳纤维置于等离子体装置上，在开放环境下，将等离子体喷射到碳纤维上涂覆的纳米石墨烯表面，使涂覆纳米石墨烯后的碳纤维在等离子体氛围中运动产生表面改性；所述等离子体处理的功率为140W，时间为60秒。实例2
步骤I :将纳米石墨烯与有机溶剂或水混合配制成溶胶液，然后将碳纤维浸泡在溶胶液中3-24小时，然后取出并干燥；所述溶胶液中纳米石墨烯所占的质量百分比为5% ；步骤2 :将步骤I处理后的碳纤维置于等离子体装置上，在开放环境下，将等离子体喷射到碳纤维上涂覆的纳米石墨烯表面，使涂覆纳米石墨烯后的碳纤维在等离子体氛围中运动产生表面改性；所述等离子体处理的功率为500W，时间为100s。实施例中所述纳米石墨烯为单层石墨烯、多层石墨烯或它们的混合。喷涂或实施例中所述有机溶剂为自己烷、三氟こ酸、四氯化碳、甲苯、丙醇、こ酸こ酷、丙酮、こ酸、甲醇、こニ醇、ニ硫化碳、三氯こ烷、丁酮或醚中的ー种或几种。实施例中所述等离子体装置中的等离子源为介质阻挡放电DBD等离子源、表面放电SD等离子源、体放电VD等离子源、等离子炬源、电弧等离子炬、滑动电弧等离子炬、冷等离子炬、直流等离子源、脉冲等离子源、磁控管等离子源、感应耦合等离子源、螺旋管等离·子源、螺旋共振器等离子源、微波等离子源、大气压等离子体喷射APPJ源、电晕放电等离子源、微等离子源、低压等离子源或高压等离子源。实施例中所述步骤2中的开放环境为由等离子体发生器产生，并经由喷嘴机构喷射到常温、常压、大气环境中形成的等离子体氛围。实施例中所述的离子体为He、Ar、Ne、Xe、空气、N2、02、H20、C02、氟里昂Freon气的卤素化合物气体、halon哈龙气体、NH3、NF3、SF6、有机化合物气体、NOx、S02、硅烷以及它们的气体混合物。实施例中所述氟里昂Freon气的卤素化合物气体为CF4、CHF3、C3F6或C4F8。实施例中所述氟里昂Freon气的卤素化合物气体为CF4、CHF3、C3F6或C4F8。
权利要求
1.一种碳纤维等离子体处理涂覆纳米石墨烯的表面改性的方法，其特征在于步骤如下 步骤I :将纳米石墨烯与有机溶剂或水混合配制成溶胶液，然后将溶胶液涂覆在碳纤维的表面，并干燥；所述溶胶液中纳米石墨烯所占的质量百分比为O. 5 10% ; 步骤2 :将步骤I处理后的碳纤维置于等离子体装置上，在开放环境下，将等离子体喷射到碳纤维上涂覆的纳米石墨烯表面，使涂覆纳米石墨烯后的碳纤维在等离子体氛围中运动产生表面改性；所述等离子体处理的功率为100W-1000W，时间为10s-900s。
2.根据权利要求I所述碳纤维等离子体处理涂覆纳米石墨烯的表面改性的方法，其特征在于所述纳米石墨烯为单层石墨烯、多层石墨烯或它们的混合。
3.根据权利要求I所述碳纤维等离子体处理涂覆纳米石墨烯的表面改性的方法，其特征在于所述有机溶剂为自己烷、三氟こ酸、四氯化碳、甲苯、丙醇、こ酸こ酷、丙酮、こ酸、甲醇、こニ醇、ニ硫化碳、三氯こ烷、丁酮或醚中的ー种或几种。
4.根据权利要求I所述碳纤维等离子体处理涂覆纳米石墨烯的表面改性的方法，其特征在于所述步骤I的涂覆方法为喷涂或浸泡。
5.根据权利要求4所述碳纤维等离子体处理涂覆纳米石墨烯的表面改性的方法，其特征在于所述浸泡时间为3-24小吋。
6.根据权利要求I所述碳纤维等离子体处理涂覆纳米石墨烯的表面改性的方法，其特征在于所述等离子体装置中的等离子源为介质阻挡放电DBD等离子源、表面放电SD等离子源、体放电VD等离子源、等离子炬源、电弧等离子炬、滑动电弧等离子炬、冷等离子炬、直流等离子源、脉冲等离子源、磁控管等离子源、感应耦合等离子源、螺旋管等离子源、螺旋共振器等离子源、微波等离子源、大气压等离子体喷射APPJ源、电晕放电等离子源、微等离子源、低压等离子源或高压等离子源。
7.根据权利要求I所述碳纤维等离子体处理涂覆纳米石墨烯的表面改性的方法，其特征在于所述步骤2中的开放环境为由等离子体发生器产生，并经由喷嘴机构喷射到常温、常压、大气环境中形成的等离子体氛围。
8.根据权利要求I所述碳纤维等离子体处理涂覆纳米石墨烯的表面改性的方法，其特征在于所述的离子体为抱、4へ他36、空气、吧、02、!120、0)2、氟里昂Freon气的卤素化合物气体、halon哈龙气体、NH3、NF3、SF6、有机化合物气体、NOx、S02、硅烷以及它们的气体混合物。
9.根据权利要求8所述碳纤维等离子体处理涂覆纳米石墨烯的表面改性的方法，其特征在于所述氟里昂Freon气的卤素化合物气体为CF4、CHF3、C3F6或C4F8。
10.根据权利要求8所述碳纤维等离子体处理涂覆纳米石墨烯的表面改性的方法，其特征在于所述有机化合物气体为CH4、C2H6、C2H4、C2H2、C6H6或C2H50H。
全文摘要
本发明涉及一种碳纤维等离子体处理涂覆纳米石墨烯的表面改性的方法，其特征在于以纳米石墨烯和碳纤维材料为原料，通过等离子体处理涂覆的方法在碳纤维材料表面涂覆纳米石墨烯涂层制备而成。包括(1)将纳米石墨烯利用超声波震荡技术配制成有机溶剂或水的0.5～10％溶胶液，(2)将上述石墨烯溶液涂覆在碳纤维的表面，干燥，(3)将上述碳纤维置于等离子体装置上，将等离子体喷射到碳纤维表面，处理功率为100W-1000W，时间为10s-900s，产生表面改性。该方法可以形成高性能的复合材料，进一步提高碳纤维的力学性能、导电性及耐热性。本发明成本低、操作简单、适用性强、处理效果好、不易引起环境污染，适合工业化生产。
文档编号D06M10/06GK102839534SQ20121031669
公开日2012年12月26日 申请日期2012年8月30日 优先权日2012年8月30日
发明者蒋建军, 邓超, 方良超, 史景文 申请人:西北工业大学