[發(fā)明專利]一種新型球-棒狀短碳纖維復(fù)合增強體的制備方法

無效

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• 申請日: 2011-11-02
• 公開（公告）號: CN102409386A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉磊;李微微;沈彬;胡文彬
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: C25D15/00
• 分類號: C25D15/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種新型“球-棒”狀短碳纖維復(fù)合增強體的制備方法。?

背景技術(shù)

碳纖維具有高比強度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、導(dǎo)電、導(dǎo)熱和低膨脹系數(shù)等一系列的優(yōu)點，是一種重要的復(fù)合材料增強體。短碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料由于成本低廉以及良好的加工成型性，在國民工業(yè)各領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但碳纖維表面呈惰性，表面自由能低，與樹脂基體結(jié)合較弱，因此其復(fù)合材料的優(yōu)異性能難以完全發(fā)揮。此外，由于長度的原因，短碳纖維端部容易引起應(yīng)力集中，誘發(fā)基體裂紋的產(chǎn)生而導(dǎo)致材料失效。為了提高短碳纖維復(fù)合材料的性能，滿足不同領(lǐng)域的應(yīng)用要求，對短碳纖維進行表面改性具有重大的現(xiàn)實意義。?

目前，國內(nèi)外已有很多關(guān)于碳纖維表面改性的研究報道，對增強纖維形狀設(shè)計的思想也有人提出并初步實施，比如，類似生物骨形短纖維。金屬學(xué)報第30卷第四期公開了一種“啞鈴狀短纖維增強復(fù)合材料”，其中的啞鈴狀短纖維增強材料雖然能夠解決端部應(yīng)力集中的問題，但是纖維長度較大的平直部分與基體的弱界面結(jié)合卻仍然是復(fù)合材料中容易遭受破壞的薄弱區(qū)域，并且由于這種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的啞鈴狀短纖維的制備相對繁瑣并且僅限于剛性纖維，嚴重限制了其實際應(yīng)用。因此，開展短碳纖維結(jié)構(gòu)設(shè)計與制備對于短碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料的應(yīng)用及性能提高具有重要的意義。?

發(fā)明內(nèi)容

為了解決短碳纖維與樹脂基體界面結(jié)合弱及短纖維端部容易引起應(yīng)力集中誘發(fā)裂紋從而導(dǎo)致材料失效的問題，本發(fā)明提供一種工藝簡單、容易控制并且適合規(guī)模化生產(chǎn)的新型“球-棒”狀短碳纖維復(fù)合增強體的制備方法。?

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：?

一種新型“球-棒”狀短碳纖維復(fù)合增強體的制備方法，包括如下步驟：?

1)對原料短碳纖維的表面進行預(yù)處理，包括將原料短碳纖維在200～500℃空氣氣氛下灼燒30min～3h，之后采用去離子水清洗并過濾，將經(jīng)過上述過濾后得到的短碳纖維放在無水丙酮中浸泡30min～2h，再采用去離子水清洗、過濾，將第二次過濾得到的短碳纖維在空氣氣氛中于80～120℃下干?燥，得到表面預(yù)處理的短碳纖維；?

2)配制常規(guī)的電沉積溶液，在所述常規(guī)電沉積溶液中加入所述表面預(yù)處理的短碳纖維和分散劑，并將短碳纖維分散均勻；?

3)在選定的沉積電壓和沉積時間下，25～50℃進行電沉積，并在停止電沉積后將聚集在陰極的沉積物取下，以去離子水清洗，然后在180～200℃下真空灼燒1～3h，即得到“球-棒”狀短碳纖維復(fù)合增強體。?

較佳地，所述電沉積溶液可為單金屬電沉積溶液或者合金電沉積溶液。?

較佳地，所述電沉積溶液選自鎳、銅、鐵、鉻的電沉積溶液或者它們的合金電沉積溶液。?

較佳地，所述電沉積溶液中短碳纖維的含量為0.05～3g/L，分散劑含量為0.01～2g/L。?

較佳地，所述分散劑選自陰離子型分散劑、陽離子型分散劑或非離子型分散劑。?

較佳地，所述陰離子型分散劑優(yōu)選十二烷基硫酸鈉或聚丙烯酸鈉；?

所述陽離子型分散劑優(yōu)選十六烷基三甲基溴化銨或羧甲基纖維素鈉；?

所述非離子型分散劑優(yōu)選聚乙二醇。?

較佳地，所述沉積電壓為3～10V，所述沉積時間為5～60min。?

較佳地，所述“球-棒”狀短碳纖維復(fù)合增強體包括短碳纖維及沉積在其表面的多個金屬球。?

較佳地，所述短碳纖維的長度可為0.5mm～100mm，所述金屬球的直徑范圍為10～25μm。?

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：?

本發(fā)明制備方法簡單易行，所得的“球-棒”狀短碳纖維復(fù)合增強體可以增強短碳纖維與樹脂基體界面結(jié)合及減少因短纖維端部應(yīng)力集中誘發(fā)裂紋的可能從而顯著提高樹脂基復(fù)合材料的力學(xué)性能，具有重要的實際應(yīng)用價值。?

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例1得到的碳纖維長度為3mm的電沉積銅-“球-棒”狀短碳纖維復(fù)合增強體的掃描電鏡照片；?

圖2是本發(fā)明實施例2得到的碳纖維長度為5mm的電沉積銅-“球-棒”狀短碳纖維復(fù)合增強體的掃描電鏡照片；?

圖3是本發(fā)明實施例3得到的碳纖維長度為10mm的電沉積鎳-“球-棒”狀短碳纖維復(fù)合增強體的掃描?電鏡照片；?

圖4是本發(fā)明實施例4得到的碳纖維長度為50mm的電沉積鎳-“球-棒”狀短碳纖維復(fù)合增強體的掃描電鏡照片。?

具體實施方式