高模量碳纤维表面处理方法和装置及其应用与流程

本发明涉及高模量碳纤维表面处理方法和装置及其应用。
背景技术：
：碳纤维是一种具有高比强度、高比模量、质量轻的实用型材料，经过几十年的发展，碳纤维的生产技术在不断地进步。现如今碳纤维的牌号大致可分为高强和高模两种，高模量的碳纤维可应用于航天领域。高模量碳纤维碳化温度在2200℃以上，类石墨结构更完善，化学性质稳定。但随着而来的问题就是高模型碳纤维的表面惰性更强，与基体树脂的界面结合更弱，导致其复合材料的层间剪切强度严重下降。经过表面处理可以在碳纤维表面引入含氧、含氮的活性基团，增加碳纤维的表面能，提高碳纤维与基体树脂的化学结合，同时还可以增加碳纤维表面的粗糙度，提高碳纤维与基体树脂的机械嵌合，最终提高碳纤维增强树脂的层间剪切强度。目前，国内外对碳纤维的表面改性研究颇多，涉及到电化学处理、液相氧化、化学接枝、等离子体处理等。液相氧化、化学接枝处理方式灵活多变，但最大的缺点是处理时间长，很难实现工业化在线处理。等离子体处理是目前新兴的一种处理方法，具有实现工业化的潜质，但目前等离子体处理的工艺探索还不太成熟。阳极氧化法是目前比较成熟的一种碳纤维表面处理方法，该方法的优点是反应时间快、氧化均匀、工艺简单且易于控制。对于低模量的碳纤维，目前的阳极氧化工艺以及设备都比较成熟，经过阳极氧化表面处理的碳纤维基本可以满足工业的需求。但对于高模量的碳纤维，由于其化学性质稳定，表面惰性更强，更难被氧化引入活性基团，迫切需要对阳极氧化工艺以及设备的进一步探索和完善。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是提供一种高模量碳纤维表面处理方法和装置及其应用，采用该方法可以实现对高模量碳纤维的表面处理，并且处理后的碳纤维的拉伸强度和拉伸模量下降较低，从而解决了高模量碳纤维复合材料层间剪切强度较低的问题。在本发明的一个方面，本发明提出了一种高模量碳纤维表面处理方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：(1)采用弱碱性电解液对高模量碳纤维进行第一段阳极氧化处理，以便在所述高模量碳纤维表面产生活性碳原子；(2)采用酸性电解液对步骤(1)得到的碳纤维进行第二段阳极氧化处理，以便在所述碳纤维表面形成活性基团。任选的，在步骤(1)中，所述高模量碳纤维的模量为350～600gpa。任选的，在步骤(1)中，所述弱碱性电解液为碳酸氢铵。任选的，在步骤(1)中，所述弱碱性电解液的质量浓度为5～10wt％。任选的，在步骤(1)中，所述弱碱性电解液的温度为30～50摄氏度。任选的，在步骤(1)中，所述第一段阳极氧化处理的电流密度为5～10a/m2。任选的，在步骤(2)中，所述酸性电解液为选自硫酸铵和硫酸氢铵中的至少之一。任选的，在步骤(2)中，所述酸性电解液的浓度为5～10wt％。任选的，在步骤(2)中，所述酸性电解液的温度为30～50摄氏度。任选的，在步骤(2)中，所述第二段阳极氧化处理的电流密度为5～10a/m2。任选的，上述方法进一步包括：(3)将步骤(2)得到的碳纤维进行水洗和干燥处理。在本发明的再一个方面，本发明提出了一种高模量碳纤维表面处理的装置。根据本发明的实施例，所述装置包括：第一电解槽，所述第一电解槽内盛有弱碱性电解液，所述第一电解槽内的底部设有第一阴极板，并且沿着走丝方向，所述第一电解槽上依次设有第一阳极导辊、第一导辊、第二导辊和第二阳极导辊，所述第一导辊和所述第二导辊浸入所述弱碱性电解液；第二电解槽，所述第二电解槽与所述第一电解槽通过第三导辊相连，所述第二电解槽内盛有酸性电解液，所述第二电解槽内的底部设有第二阴极板，并且沿着走丝方向，所述第二电解槽上依次设有第三阳极导辊、第四导辊、第五导辊和第四阳极导辊，所述第四导辊和所述第五导辊浸入所述酸性电解液；第一水洗槽，所述第一水洗槽与所述第二电解槽相连，所述第一水洗槽设有第一加热板，并且沿着走丝方向，所述第一水洗槽上依次设有第六导辊和第七导辊；第二水洗槽，第二水洗槽与所述第一水洗槽相连，所述第二水洗槽设有第二加热板，并且沿着走丝方向，所述第二水洗槽上依次设有第八导辊、第九导辊、第十导辊和第十一导辊；管式干燥器，所述管式干燥器与所述第二水洗槽相连。任选的，所述第一阴极板可上下移动的设在所述第一电解槽内的底部，所述第二阴极板可上下移动的设在所述第二电解槽内的底部。任选的，所述第一阴极板和所述第二阴极板为铂电极。任选的，所述第一阳极导辊、所述第二阳极导辊、所述第三阳极导辊和所述第四阳极导辊为铂镍合金导辊。任选的，所述第一导辊、所述第二导辊、所述第三导辊、所述第四导辊、所述第五导辊、所述第六导辊、所述第七导辊、所述第八导辊、所述第九导辊、所述第十导辊和所述第十一导辊为聚四氟乙烯导辊。任选的，所述第一电解槽内设有第一电导率仪，所述第一电导率仪可移动的设在所述第一电解槽内。任选的，所述第二电解槽内设有第二电导率仪，所述第二电导率仪可移动的设在所述第二电解槽内。任选的，沿着走丝方向，所述管式干燥器斜向下设置。任选的，在高度方向上，所述第二水洗槽高于所述第一水洗槽。任选的，上述所述装置进一步包括：弱碱性电解液循环机，所述弱碱性电解液循环机与所述第一电解槽相连。任选的，上述所述装置进一步包括：酸性电解液槽循环机，所述酸性电解液槽循环机与所述第二电解槽相连。在本发明的第三个方面，本发明提出了一种表面改性碳纤维。根据本发明的实施例，所述表面改性碳纤维是采用上述的方法或上述的系统制备得到的。在本发明的第四个方面，本发明提出了一种复合材料。根据本发明的实施例，所述复合材料采用上述的表面改性碳纤维制备得到。本发明通过将高模量碳纤维在弱碱性电解液中进行阳极氧化处理，使碳纤维表面产生活性碳原子，然后在酸性电解液中继续进行阳极氧化处理，可以显著提高碳纤维表面的活性基团，使碳纤维亲水性、亲液性同时增强，并且表面能明显增加，同时经过两段阳极氧化处理后碳纤维本体的拉伸强度和拉伸模量下降较低，然后采用热水水洗提高了碳纤维残表面余电解液的去除效率，管式干燥器的热辐射干燥方式能耗低，避免传统热风干燥对碳纤维造成的损伤，所得表面改性碳纤维与环氧树脂复合材料的层间剪切强度提升2倍以上。附图说明图1为本发明实施例的高模量碳纤维表面处理方法流程示意图；图2为本发明实施例的高模量碳纤维表面处理装置结构示意图；图3为对比例2碳纤维xps全谱图；图4为对比例1得到的表面改性碳纤维的xps全谱图；图5为实施例1得到的表面改性碳纤维的xps全谱图；图6为实施例2得到的表面改性碳纤维的xps全谱图；图7为对比例2碳纤维的sem图；图8为对比例1得到的表面改性碳纤维的sem图；图9为实施例1得到的表面改性碳纤维的sem图；图10为实施例2得到的表面改性碳纤维的sem图；图11为对比例2碳纤维与与环氧树脂复合后复合材料样条的sem图；图12为对比例1得到的表面改性碳纤维与环氧树脂复合后复合材料样条的sem图；图13为实施例1得到的表面改性碳纤维与环氧树脂复合后复合材料样条的sem图；图14为实施例2得到的表面改性碳纤维与环氧树脂复合后复合材料样条的sem图。具体实施方式下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的一个方面，本发明提出了一种高模量碳纤维表面处理方法。根据本发明的实施例，参考图1，该方法包括：s1：采用弱碱性电解液对高模量碳纤维进行第一段阳极氧化处理该步骤中，将高模量的碳纤维(模量为350～600gpa)在弱碱性电解液中进行第一段阳极氧化处理，从而在高模量碳纤维表面产生活性碳原子。具体的，弱碱性电解液为碳酸氢铵，并且弱碱性电解液的质量浓度为5～10wt％(采用超纯水配置)，优选7wt％，弱碱性电解液的温度为30～50摄氏度，优选40摄氏度，第一段阳极氧化处理的电流密度为5～10a/m2。发明人发现，通过在上述条件下对高模量碳纤维进行阳极氧化处理，可以显著提高碳纤维的氧化效率，从而提高高模量碳纤维表面的活性碳原子，并且该条件下碳纤维的拉伸强度和拉伸模量降幅较小。并且该过程采用电导率仪来监控该弱碱性电解液的温度和浓度，当弱碱性电解液浓度变低时电导率会降低，通过循环机补给电解液和保持电极液的温度稳定。s2：采用酸性电解液对步骤s1得到的碳纤维进行第二段阳极氧化处理该步骤中，采用酸性电解液对步骤s1得到的碳纤维进行第二段阳极氧化处理，可以显著提高碳纤维表面的氧含量，即提高碳纤维表面的活性基团，从而增强碳纤维与树脂间的界面结合力，同时该碳纤维亲水性、亲液性同时增强，并且表面能明显增加。具体的，酸性电解液为选自硫酸铵和硫酸氢铵中的至少之一，酸性电解液的浓度为5～10wt％(采用超纯水配置)，优选7wt％，酸性电解液的温度为30～50摄氏度，优选40摄氏度，第二段阳极氧化处理的电流密度为5～10a/m2。发明人发现，通过在上述条件下继续对碳纤维进行阳极氧化处理，可以显著提高碳纤维的氧化效率，从而提高碳纤维表面的活性官能团，进而提高其与树脂例如环氧树脂间的界面结合力，同时经过该阳极氧化处理条件下碳纤维本体的拉伸强度和拉伸模量下降较低。并且该过程采用电导率仪来监控该酸性电解液的温度和浓度，当酸性电解液浓度变低时电导率会降低，通过循环机补给电解液和保持电极液的温度稳定。根据本发明的实施例，参考图1，上述方法进一步包括：s3：将步骤s2得到的碳纤维进行水洗和干燥处理该步骤中，将步骤s2得到的碳纤维进行两段水洗，两段水洗过程均采用超纯水，并且在两段水洗过程中均配置加热装置，提高水洗温度，从而使得碳纤维表面残余的电解液被清洗更加彻底，第一段水洗温度设定为60～80摄氏度，优选70摄氏度，第二段水洗温度设定为70～90摄氏度，优选80摄氏度，并且进水速度设定为450～550ml/min，优选500ml/min，并且干燥温度设定为120～140摄氏度，优选130摄氏度，其中，干燥过程采用管式干燥器，并且沿着走丝方向，管式干燥器斜向下设置，从而避免了传统热风干燥对碳纤维本体的损伤，进而提高碳纤维性能。在本发明的再一个方面，本发明提出了一种高模量碳纤维表面处理装置。根据本发明的实施例，参考图2，该装置包括：第一电解槽100、第二电解槽200、第一水洗槽300、第二水洗槽400和管式干燥器500。根据本发明的实施例，参考图2，第一电解槽100内盛有弱碱性电解液，第一电解槽内的底部设有第一阴极板10，并且沿着走丝方向，第一电解槽100上依次设有第一阳极导辊11、第一导辊12、第二导辊13和第二阳极导辊14，第一导辊12和第二导辊13浸入弱碱性电解液。具体的，将高模量的碳纤维(模量为350～600gpa)在盛有弱碱性电解液的第一电解槽中进行第一段阳极氧化处理，从而在高模量碳纤维表面产生活性碳原子。具体的，弱碱性电解液为碳酸氢铵，并且弱碱性电解液的质量浓度为5～10wt％(采用超纯水配置)，优选7wt％，弱碱性电解液的温度为30～50摄氏度，优选40摄氏度，第一段阳极氧化处理的电流密度为5～10a/m2。发明人发现，通过在上述条件下对高模量碳纤维进行阳极氧化处理，可以显著提高碳纤维的氧化效率，从而提高高模量碳纤维表面的活性碳原子，并且该条件下碳纤维的拉伸强度和拉伸模量降幅较小。并且该第一电解槽100拥有独立恒流电源的耐酸碱腐蚀电解槽，第一阴极板10可上下移动的设在第一电解槽100内的底部，从而可以实时调节第一阳极导辊11、第二阳极导辊14与第一阴极板10之间的距离，在提高碳纤维氧化效率的同时方便电解槽的清洗，该第一阴极板10为惰性的铂电极，第一导辊12和第二导辊13为聚四氟乙烯导辊，从而可以避免金属导辊带点发生反应而是电解液被污染，提高碳纤维的氧化效率，第一阳极导辊11和第二阳极导辊14为铂镍合金导辊，同时在第一电解槽100内设有第一电导率仪15，该第一电导率仪15可移动的设在第一电解槽100内，从而可以在电解槽中的不同位置灵活移动，采用电导率仪来监控该第一电解槽中弱碱性电解液的温度和浓度，当弱碱性电解液浓度变低时电导率会降低，补给电解液和保持电极液的温度稳定。根据本发明的实施例，参考图2，第二电解槽200与第一电解槽100通过第三导辊16相连，第二电解槽200内盛有酸性电解液，第二电解槽200内的底部设有第二阴极板20，并且沿着走丝方向，第二电解槽200上依次设有第三阳极导辊21、第四导辊22、第五导辊23和第四阳极导辊24，第四导辊22和第五导辊23浸入酸性电解液。具体的，将第一电解槽中得到的碳纤维供给至盛有酸性电解液的第二电解槽中进行第二段阳极氧化处理，可以显著提高碳纤维表面的氧含量，即提高碳纤维表面的活性基团，从而增强碳纤维与树脂间的界面结合力，同时该碳纤维亲水性、亲液性同时增强，并且表面能明显增加。具体的，酸性电解液为选自硫酸铵和硫酸氢铵中的至少之一，酸性电解液的浓度为5～10wt％(采用超纯水配置)，优选7wt％，酸性电解液的温度为30～50摄氏度，优选40摄氏度，第二段阳极氧化处理的电流密度为5～10a/m2。发明人发现，通过在上述条件下继续对碳纤维进行阳极氧化处理，可以显著提高碳纤维的氧化效率，从而提高碳纤维表面的活性官能团，进而提高其与树脂例如环氧树脂间的界面结合力，同时经过该阳极氧化处理条件下碳纤维本体的拉伸强度和拉伸模量下降较低。并且该第二电解槽200拥有独立恒流电源的耐酸碱腐蚀电解槽，第二阴极板20可上下移动的设在第二电解槽200内的底部，从而可以实时调节第三阳极导辊21、第四阳极导辊24与第二阴极板20之间的距离，在提高碳纤维氧化效率的同时方便电解槽的清洗，该第二阴极板20为惰性的铂电极，第四导辊22和第五导辊23为聚四氟乙烯导辊，从而可以避免金属导辊带点发生反应而是电解液被污染，提高碳纤维的氧化效率，第三阳极导辊21和第四阳极导辊24为铂镍合金导辊，同时在第二电解槽200内设有第二电导率仪25，该第二电导率仪25可移动的设在第二电解槽200内，从而可以在电解槽中的不同位置灵活移动，采用电导率仪来监控该第二电解槽中酸性电解液的温度和浓度，当酸性电解液浓度变低时电导率会降低，补给电解液和保持电极液的温度稳定。根据本发明的实施例，第一水洗槽300与第二电解槽200相连，第一水洗槽300设有第一加热板30，并且沿着走丝方向，第一水洗槽300上依次设有第六导辊31和第七导辊32，且适于对上述第二电解槽中得到的碳纤维进行水洗处理。具体的，水洗过程采用超纯水，并且在第一水洗槽300中通过配置第一加热板33，提高水洗温度，从而使得碳纤维表面残余的电解液被清洗更加彻底，并且第一水洗槽中水洗温度设定为60～80摄氏度，优选70摄氏度，进水速度设定为450～550ml/min，优选500ml/min。并且第六导辊31和第七导辊32为聚四氟乙烯导辊。根据本发明的实施例，参考图2，第二水洗槽400与第一水洗槽300相连，第二水洗槽400设有第二加热板40，并且沿着走丝方向，第二水洗槽400上依次设有第八导辊41、第九导辊42、第十导辊43和第十一导辊44，且适于对上述第一水洗槽中得到的碳纤维进行二次水洗处理。具体的，该水洗过程采用超纯水，并且在第二水洗槽400中通过配置第二加热板40，提高水洗温度，从而使得碳纤维表面残余的电解液被清洗更加彻底，并且第二水洗槽中水洗温度设定为60～80摄氏度，优选70摄氏度，并且在高度方向上，第二水洗槽400高于第一水洗槽300，提纯后的水先流入第二水洗槽，液面超过一定高度后流入第一水洗槽，第一水洗槽设有出水口，当第一水洗槽中的水达到一定高度就会从出水口流出。第八导辊41、第九导辊42、第十导辊43和第十一导辊44均为聚四氟乙烯导辊。根据本发明的实施例，参考图2，管式干燥器500与第二水洗槽400相连，且适于对经过第二水洗槽水洗后的碳纤维进行干燥处理。干燥温度设定为120～140摄氏度，优选130摄氏度，其中，沿着走丝方向，管式干燥器500斜向下设置，从而避免了传统热风干燥对碳纤维本体的损伤，进而提高碳纤维性能。根据本发明的实施例，参考图2，上述装置进一步包括弱碱性电解液循环机600和酸性电解液循环机700，其中，弱碱性电解液循环机600与第一电解槽100相连，从而可以根据第一电导率仪的显示对第一电解槽中电解液进行补充，保持第一电解槽中电解液温度和浓度的恒定；酸性电解液循环机700与第二电解槽200相连，从而可以根据第二电导率仪的显示对第二电解槽中电解液进行补充，保持第二电解槽中电解液温度和浓度的恒定。具体的，采用上述装置对高模量碳纤维表面处理按照下列步骤进行：一、对设备的清洗：将第一电解槽、第二电解槽、第一水洗槽和第二水洗槽中的杂质清理干净并用去离子水冲洗2～3遍，用沾有丙酮的棉花将表面处理的第一阳极导辊、第一导辊、第二导辊、第二阳极导辊、第三阳极导辊、第四导辊、第五导辊和第四阳极导辊、第六导辊、第七导辊、第八导辊、第九导辊、第十导辊和第十一导辊擦洗干净，其中，第一阳极导辊至第四阳极导辊径大小为99mm，其余导辊为辊径大小为99mm；二、电解液的配制：用超纯水配制质量浓度为5％～10％的酸碱性电解液倒入第一电解槽和弱碱性电解液循环机中，将循环机的温度设定在30～50℃给电解液加热；同时用超纯水配制质量浓度为5％～10％的酸性电解液倒入第二电解槽和酸性电解液循环机中，将循环机的温度设定在30～50℃给电解液加热；三、将石墨炉碳化后的高模量碳纤维按如图2所示依次穿过第一电解槽、第二电解槽、第一水洗槽、第二水洗槽和管式干燥器(第一电解槽和第二电解槽的尺寸均为125cm*13cm*9cm，第一水洗槽和第二水洗槽的尺寸均为140cm*15cm*10cm，材质为表面镀镍铬不锈钢，管式干燥器，全长1.5m，内径6cm)；四、启动表面处理的导辊，设定恒流电源的输出电流来调控第一电解槽和第二电解槽电流密度，打开第一水洗槽和第二水洗槽加热开关，设定管式干燥器加热温度并开始升温；五、开启第一电导率仪和第二电导率仪来实时监控电解液，稳定2小时后开始收丝。在本发明的第三个方面，本发明提出了一种表面改性碳纤维。根据本发明的实施例，所述表面改性碳纤维是采用上述的方法或上述的系统制备得到的。由此，该碳纤维表面具有较高的活性基团，使碳纤维亲水性、亲液性同时增强，并且表面能明显增加，并且该所得表面改性碳纤维与环氧树脂复合材料的层间剪切强度提升2倍以上。在本发明的第四个方面，本发明提出了一种复合材料。根据本发明的实施例，所述复合材料采用上述的表面改性碳纤维制备得到。具体的，以上述得到的表面改性碳纤维与环氧树脂复合为例，该所得表面改性碳纤维与环氧树脂复合材料的层间剪切强度提升2倍以上。下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不应以任何方式限制本发明。实施例1(一)、用超纯水配制质量浓度为7％的碳酸氢铵溶液倒入第一电解槽和弱碱性电极液循环机中，将循环机的温度设定在40℃给电解液加热并循环流动，同时用超纯水配制质量浓度为7％的硫酸氢铵溶液倒入第二电解槽和酸性电极液循环机中，将循环机的温度设定在40℃给电解液加热并循环流动；(二)、第一电导率仪开机并且开始读数，待温度达到40℃且电导率读数稳定时开启第一电解槽的直流电源，将直流电源电流设定为恒流模式，电流密度为10a/m2，第二电导率仪开机并且开始读数，待温度达到40℃且电导率读数稳定时开启第二电解槽的直流电源，将第二直流电源电流设定为恒流模式，电流密度为5a/m2；(三)、水洗槽的进水速度设定为500ml/min左右，第一水洗槽加热温度为70℃，第二水洗槽加热温度设定为80℃，管式干燥器的干燥温度设定为130℃；(四)、收取1h不上浆的碳丝用于表面结构的分析，收取5h经过上浆的碳丝用于性能的测试。所得表面改性碳纤维的xps全谱图如图5所示，sem图如图9所示，其与环氧树脂复合后复合材料样条的sem图如图13所示。实施例2(一)、用超纯水配制质量浓度为7％的碳酸氢铵溶液倒入第一电解槽和弱碱性电极液循环机中，将循环机的温度设定在40℃给电解液加热并循环流动，同时用超纯水配制质量浓度为7％的硫酸铵溶液倒入第二电解槽和酸性电极液循环机中，将循环机的温度设定在40℃给电解液加热并循环流动；(二)、第一电导率仪开机并且开始读数，待温度达到40℃且电导率读数稳定时开启第一电解槽的直流电源，将直流电源电流设定为恒流模式，电流密度为10a/m2，第二电导率仪开机并且开始读数，待温度达到40℃且电导率读数稳定时开启第二电解槽的直流电源，将第二直流电源电流设定为恒流模式，电流密度为5a/m2；(三)、水洗槽的进水速度设定为500ml/min左右，第一水洗槽加热温度为70℃，第二水洗槽加热温度设定为80℃，管式干燥器的干燥温度设定为130℃；(四)、收取1h不上浆的碳丝用于表面结构的分析，收取5h经过上浆的碳丝用于性能的测试。所得表面改性碳纤维的xps全谱图如图6所示，sem图如图10所示，其与环氧树脂复合后复合材料样条的sem图如图14所示。对比例1(一)、用超纯水配制质量浓度为7％的碳酸氢铵溶液倒入第一电解槽和弱碱性电极液循环机中，将循环机的温度设定在40℃给电解液加热并循环流动；(二)、第一电导率仪开机并且开始读数，待温度达到40℃且电导率读数稳定时开启第一电解槽的直流电源，将直流电源电流设定为恒流模式，电流密度为10a/m2；(三)、打开第一和第二水洗槽的进水阀门，进水速度设定为500ml/min左右，启动加热开关，设定第一水洗槽加热温度为70℃，第二水洗槽加热温度设定为80℃；(四)、开启管式干燥器的加热开关，将干燥温度设定为130℃；(五)、收取1h不上浆的碳丝用于表面结构的分析，收取5h经过上浆的碳丝用于性能的测试。所得表面改性碳纤维的xps全谱图如图4所示，sem图如图8所示，其与环氧树脂复合后复合材料样条的sem图如图12所示。对比例2实施例1和2以及对比例1中未进行表面处理的碳纤维。其xps全谱图如图3所示，sem图如图7所示，其与环氧树脂复合后复合材料样条的sem图如图11所示。为了验证本发明的有益效果，做了以下试验：试验一：高模量碳纤维表面处理方法处理前后碳纤维表面元素相对含量变化，按以下步骤实施：本试验采用x射线光电子能谱(xps)来检测碳纤维表面的元素组成，检测的结果如下表1所示。从表1中可以看出对比例1碳酸氢铵一段氧化后碳纤维表面的氧含量提升不太明显，而经过实施例1和实施例2酸性电解液第二段氧化后，氧含量提升非常明显，氮含量也增加了一倍左右，这验证了本发明对高模量碳纤维的氧化效果较好。表1实施例1、2和对比例1得到的表面改性碳纤维表面元素相对含量以及对比例2中未改性碳纤维表面元素相对含量样品c1so1sn1so1s/c1sn1s/c1s实施例184.3411.132.440.1320.029实施例281.2814.321.970.1760.024对比例193.814.271.090.0450.012对比例298.061.65-0.017-试验二：高模量碳纤维表面处理方法处理前后碳纤维接触角和表面能的变化，按以下步骤实施：本试验采用动态接触角测试仪(dcat21)来测试碳纤维与水和二碘甲烷的动态接触角，再用owrk公式去计算碳纤维的表面能，如下表2所示，可以看出，经过对比例1的碳酸氢铵第一段阳极氧化后，碳纤维与水的接触角从92.7下降到80.43，表明碳纤维从憎水性变成了亲水性。而经过实施例1和2第二段阳极氧化后，碳纤维的亲水性和亲液性提高更加明显，表面能也大大增加。再次验证了本发明的效果明显。表2实施例1、2和对比例1得到的表面改性碳纤维以及对比例2中未改性碳纤维接触角和表面能试验三：高模量碳纤维表面处理方法处理前后碳纤维及其复合材料力学性能的变化，按以下步骤实施：按照国家标准，制备复丝拉伸性能的样条，每组样品制备8个样条，并在万能材料试验机下测试，得到复丝拉伸强度和模量如下表3；制样和测试根据最新的国家标准jc/t773-2010，将碳纤维与ag-80环氧树脂制成层剪样条，并采用三点短梁法测试碳纤维与ag-80环氧树脂复合材料的层间剪切强度于下表3。从表3可以看出，表面处理后碳纤维的拉伸强度下降在5％以内，说明本发明对碳纤维拉伸强度的损伤较小；表面处理后碳纤维复丝拉伸模量基本保持不变，进一步验证了本发明对碳纤维力学性能损伤较低。而从碳纤维与ag-80环氧树脂复合材料的层间剪切强度变化中可以看到，当使用对比例1得到的碳纤维时，层间剪切强度从27mpa提升到71mpa，提升了1.63倍；当采用实施例1和2得到的碳纤维，所得碳纤维与ag-80环氧树脂复合材料层间剪切强度相比于未处理的试样提升了2倍以上，进一步验证了本发明对高模量碳纤维的表面处理效果十分明显。表3实施例1、2和对比例1得到的表面改性碳纤维以及对比例2中未改性碳纤维力学性能样品拉伸强度/gpa拉伸模量/gpa层间剪切强度/mpa实施例13.8841585实施例23.9241394对比例13.9541571对比例24.0341627以上所述仅是本发明的优先实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为不发明的保护范围。当前第1页12