专利名称：提高中强碳纤维表面活性的γ射线处理方法
技术领域：
本发明叙述了一种改善中强丙烯腈碳纤维表面活性的γ射线处理方法。
碳纤维由于具有高的强度及弹性模量，良好的润滑及耐磨性，密度小，成本低等优点，而成为目前最受重视的增强纤维。但碳纤维表面光滑且惰性大和树脂基体粘结强度差，因而碳纤维增强复合材料的层间剪切强度低，这一薄弱环节影响了高性能碳／树脂复合材料的广泛应用。通过对碳纤维表面进行适当的处理以改善碳纤维表面的活性，增强碳纤维与基体间的界面粘结强度则成为人们关注的热点。目前碳纤维表面处理的液相、气相氧化法；表面镀(表面接枝)或涂层法等有不少文献报导(CA Baillie，JF Watts，JECastle，MG Baeler．Composite Science anel Technology，1993，4897～102GM Wu，JM Schultz，et al．Polymer Composites，1995，16(4)284～287；Lu Y，Xue G，Wu F，Wang X．J．Adhesion Sci．Techno1．，1996，10(1)47～60；满华元，王鉴，余宗森，复合材料学报，1993，10(4)97-102；贺福，王润娥，复合材料学报，1988，5(1)56-61)。
本发明的目的在于提供一种改善碳纤维表面活性的γ射线辐照处理方法，造成碳纤维表层的石墨相、表面粗糙和含氧活性基团的产生，增加碳纤维与树脂间的粘结强度，提高碳纤维复合材料的层间剪切强度。
具体地讲，本发明的目的通过以下措施来实现本发明是将中强丙烯腈碳纤维在60Co源上空气中辐照处理，辐照剂量为10～40000戈瑞。将辐照后的碳纤维用自来水和丙酮反复冲洗、滤干，即成为本发明所述处理方法处理后的碳纤维。
本发明所述的改善碳纤维表面活性的处理方法，具体条件为碳纤维，中强度聚丙烯腈基碳纤维，纤维直径为6～7微米，炭含量大于90％；辐照条件，射线源为60Co，辐射剂量率2．6×103戈瑞／时，辐照剂量为30～40000戈瑞，空气中辐照。本发明的中强度碳纤维表面处理方法简单，碳纤维表面处理后活性高并无酸残留，可工业化连续处理，适合于碳纤维复合材料中碳纤维和碳布的表面处理及活化。
本发明的特点如下1．碳纤维表面处理前后的力学性能碳纤维的抗拉强度、杨氏模量和断裂伸长(×抗拉强度，+扬氏模量，·断裂伸长)与辐照剂量的关系如
图1。抗拉强度、杨氏模量和断裂伸长在YG003A电子拉力机上进行测试，取20根单丝数据的平均值(数据采用相比值，即处理样品的性能与未处理样品性能的比值)。在1×102～1×103戈瑞剂量时，三项指标分别提高了27～41％，10～13％，16～40％。2．碳纤维表面处理前后的活性a)表面形貌电子显微镜观察表面形貌如图2(a．未辐照碳纤维，b．辐照碳纤维)。辐照处理增加了碳纤维表面的粗糙程度，b)表面活性基团X光电子能谱仪分析表面含氧量(表1)。辐照碳纤维后表面氧含量、羟基和羧基基团显著增加，活性增加。
c)表面石墨化拉曼光谱仪分析表面石墨化的程度(图3，a．未辐照碳纤维，b．辐照碳纤维)。经γ射线处理的碳纤维表面石墨化程度增加。3．碳纤维表面处理前后的润湿性碳纤维表面处理后与水和甘油的毛细润湿表明，经γ射线处理的碳纤维表面能由未处理时的35．8毫牛顿·米-1增加到60．9～175．9毫牛顿·米-1；活化能由未处理碳纤维时的18．9×103焦耳／摩尔降低到16．8～8．3×103焦耳／摩尔，碳纤维表面处理后润湿性增加。
实施例1在兰州辐照中心的60Co源上，空气中(温度20℃，湿度58％)辐照处理中强丙烯腈基碳纤维(兰州碳素厂生产)。纤维直径为6～7微米，炭含量大于90％；辐照射线源为60Co，辐射剂量率2．6×103戈瑞／时，辐照剂量为20000戈瑞。处理完后，将碳纤维用自来水反复冲洗，滤干后放入真空干燥箱内在100℃烘干2h。处理后碳纤维表面的氧含量17％，碳纤维表面能为135．5毫牛顿·米-1；活化能为10．6×103焦耳／摩尔。表1表面原子浓度(％) CO未处理 95．05．01×102戈瑞 75．424．64×104戈瑞 88．012．0硝酸处理(13摩尔，2小时) 77．023．0
权利要求
1.一种改善中强碳纤维表面活性的表面处理方法，其特征是选用中强度聚丙烯腈基碳纤维，其纤维直径为6～7微米，炭含量大于90％；在空气中利用γ射线进行辐射，辐照的具体条件是采用60Coγ射线源，辐射剂量率2．6×103戈瑞／时，辐照剂量为30～40000戈瑞。
全文摘要
改善中强碳纤维表面活性的表面处理方法是利用
文档编号D06M10/02GK1206760SQ9811467
公开日1999年2月3日 申请日期1998年6月25日 优先权日1998年6月25日
发明者田军, 薛群基, 周兆福, 王丽娟, 韦小林 申请人:中国科学院兰州化学物理研究所