[發明專利]碳纖維表面改性方法和設備、碳纖維及其復合材料和應用

有效

• 申請號: 201210242750.0
• 申請日: 2012-07-13
• 公開（公告）號: CN103541212A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 易明;宋威;黃險波;蔡彤旻;曾祥斌;辛偉;馬雷
• 申請（專利權）人: 金發科技股份有限公司;上海金發科技發展有限公司
• 主分類號: D06M10/06
• 分類號: D06M10/06;D06M10/08;C08K9/02;C08K9/04;C08K7/06;C08K3/04;D06M101/40
• 代理公司: 廣州市深研專利事務所 44229
• 代理人: 張喜安

1.一種碳纖維表面改性的方法，其特征在于包括以下步驟：

電解氧化（A）：將碳纖維在盛有強堿性電解液的電解槽（a）中進行電化學改性，所述的強堿性電解液的pH值為10-12，電流密度為1-2A/m²，改性時間為1-3min，改性的溫度為30-50℃；

電解氧化（B）：將（A）步驟處理過的碳纖維在盛有弱堿性電解液的電解槽（b）中進行電化學改性，所述的弱堿性電解液的pH值為7.2-8.5，電流密度為0.1-1A/m²，改性時間為1-3min，改性的溫度為30-50℃。

2.如權利要求1所述的碳纖維表面改性的方法，其特征在于：

電解氧化（B）后還進一步包括，將（B）處理后的碳纖維通過70-80℃的純水槽清洗1-3min，然后在烘箱中烘干，再經表面上膠、干燥、收卷，得到表面改性的碳纖維。

3.如權利要求1所述的碳纖維表面改性的方法，其特征在于：

所述強堿性電解液是堿金屬氫氧化物強堿鹽溶液。

4.如權利要求1所述的碳纖維表面改性的方法，其特征在于：

所述弱堿性電解液是強堿弱酸鹽溶液或氨水。

5.如權利要求1所述的碳纖維表面改性的方法，其特征在于：

所述強堿性電解液的溶質是KOH、NaOH、Ca(OH)₂或Ba(OH)₂中的一種或多種，所述弱堿性電解液的溶質是碳酸氫銨、丁二酸鈉或醋酸鈉的一種或多種。

6.如權利要求1所述的碳纖維表面改性的方法，其特征在于：

當所述強堿性電解液的溶質是KOH和/或NaOH，所述溶質的摩爾濃度為0.0001-0.01mol/L。

7.如權利要求1所述的碳纖維表面改性的方法，其特征在于：

所述電解氧化（A）中的電流密度為1.2-1.8A/m²，所述電解氧化（B）中的電流密度為0.2-0.8A/m²。

8.如權利要求1所述的碳纖維表面改性的方法，其特征在于：

所述碳纖維在電解氧化（A）中與電解槽（a）中的陰極石墨板的距離在20-30mm之間；所述碳纖維在電解氧化（B）中與電解槽（b）中的陰極石墨板的距離在20-30mm之間。

9.如權利要求1所述的碳纖維表面改性的方法，其特征在于：

所述碳纖維是聚丙烯腈基碳纖維或瀝青基碳纖維。

10.一種由權利要求1-9任一項所述的方法制備所得的碳纖維。

11.如權利要求10所述的碳纖維，其特征在于：

所述碳纖維是聚丙烯腈基碳纖維或瀝青基碳纖維。

12.如權利要求11所述的碳纖維，其特征在于：

所述碳纖維的抗拉強度為3.8GPa以上，拉伸模量在220GPa以上，所述抗拉強度和拉伸模量的是根據國標GB3362-2005測試得到。

13.一種由權利要求10所述的碳纖維制備得到的復合材料。

14.如權利要求13所述的復合材料，其特征在于：

包含基體樹脂和碳纖維，所述碳纖維與所述基本樹脂的重量比是1.5-2。

15.如權利要求13所述的復合材料，其特征在于：

其層間剪切強度在76MPa以上；所述層間剪切強度是根據國標GB3357-82中的要求和方法測試得到的。

16.一種如權利要求13所述的復合材料的應用，其特征在于：

所述復合材料應用于航空航天、國防軍事、民用領域。

17.一種用于碳纖維表面改性用的生產設備，包括機架和電解槽，其特征在于：

包括兩個電解槽，所述電解槽中分別盛有強堿性電解液和弱堿性電解液，所述強堿性電解液的pH值為10-12，所述弱堿性電解液的pH值為7.2-8.5，所述電解槽的底部分別安裝有與陰極連接的石墨板，在機架上安裝有絕緣輥和導電輥，所述絕緣輥的下部浸泡在所述電解中，所述導電輥設在所述電解槽上方與陽極相連，所述碳纖維依次通過所述導電輥的上部和所述絕緣輥的下部。

18.如權利要求17所述的生產設備，其特征在于：

所述絕緣輥的下部距所述石墨板的距離是20-30mm。