[發明專利]一種界面改性的碳纖維/樹脂基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201210522669.8
• 申請日: 2012-12-03
• 公開（公告）號: CN103850124A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 張笑晴;徐海兵;李曉拓;顏春;范欣愉
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: D06M15/673
• 分類號: D06M15/673;D06M11/55;D06M11/64;C08K9/04;C08K9/02;C08K7/06;C08J5/06;C08L63/00;C08L75/04;B29C70/34;D06M101/40
• 代理公司: 上海一平知識產權代理有限公司 31266
• 代理人: 崔佳佳;祝蓮君

技術領域

本發明屬于復合材料界面改性領域，特別涉及一種界面改性的碳纖維/樹脂基復合材料及其制備方法。?

背景技術

碳纖維增強聚合物基復合材料因其輕質、高比強和高比剛的特性廣泛應用于航空航天、汽車、船舶、體育用品等領域。界面是復合材料特有的、極其重要的組成部分，直接影響著復合材料中應力的傳遞與分散方式，以及材料內部損傷積累和裂紋傳播的歷程，在很大程度上影響了材料的強度、韌性等宏觀性能。但是碳纖維表面惰性大、表面能低、具有化學活性的官能團少，和樹脂之間的浸潤性及兩相界面粘結性差，復合材料界面存在較多的缺陷，界面粘結強度低，直接影響復合材料纖維與基體之間的應力傳遞與分散，因此碳纖維的高性能不能充分的發揮，限制了復合材料在性能要求更高領域的應用。?

為了改善碳纖維增強樹脂基復合材料的界面性能，目前碳纖維處理主要采用氧化處理、高能射線、激光、偶聯劑處理、等離子體處理、涂層處理、化學接枝等技術方法。其中化學接枝法，由于纖維和基體樹脂之間形成化學鍵合而具有良好的界面粘結有助于極大的改善復合材料性能。但是由于碳纖維表面可反應官能團含量少，纖維表面的接枝率較低，復合材料的拉伸強度和彎曲強度改善程度非常有限。而過度的預處理以提高纖維表面的可反應性官能團羥基和羧基，勢必會導致碳纖維本體性能的下降，最終影響復合材料的整體性能。?

因此，本領域迫切需要開發一種碳纖維樹脂基復合材料界面增強改性方法。?

發明內容

本發明的第一方面，提供了一種碳纖維表面改性的方法，包括以下步驟：?

(1)對碳纖維進行表面氧化處理，得到表面氧化的碳纖維；?

(2)將所述表面氧化的碳纖維與聚膦腈的單體化合物和雙官能團化合物反應，得到表面接枝聚膦腈的碳纖維；?

在另一優選例中，所述的步驟(1)包括：將碳纖維和強酸混合反應，過濾烘干，得到表面氧化的碳纖維。?

在另一優選例中，所述的碳纖維為未上漿的碳纖維原絲。?

在另一優選例中，所述的強酸為氧化性強酸。?

在另一優選例中，所述的碳纖維原絲和強酸的混合重量比為碳纖維原絲：強酸=1～10：100。?

在另一優選例中，所述的強酸選自下組：硝酸、硫酸，或其組合。?

在另一優選例中，所述的硝酸為濃度≥50%的硝酸，較佳地為濃度≥60%的硝酸。?

在另一優選例中，所述的硫酸為濃度≥90%的硫酸，較佳地為≥95%的硫酸，更佳地為≥98%的硫酸。?

在另一優選例中，所述的強酸是質量濃度為60%硝酸和質量濃度為98%硫酸按照1:4體積比配成的混合酸。?

在另一優選例中，所述的反應溫度為在50～150℃，較佳地60～120℃。?

在另一優選例中，所述的反應時間為2～4小時。?

在另一優選例中，在烘干所述碳纖維之前，用去離子水洗滌所述纖維至洗液為中性。?

在另一優選例中，所述的烘干溫度為60～100℃。?

在另一優選例中，所述的步驟(2)包括：?

(2a)將所述表面氧化的碳纖維與六氯環三膦腈反應，得到表面接枝六氯環三膦腈的碳纖維；和。?

(2b)將所述表面接枝六氯環三膦腈的碳纖維與雙官能團化合物和六氯環三膦腈反應，得到表面接枝聚膦腈的碳纖維。?

在另一優選例中，所述的步驟(2a)包括：將縛酸劑和表面氧化的碳纖維放入溶劑中，再將六氯環三膦腈加入上述反應溶液中并反應，取出碳纖維；和/或?

所述的步驟(2b)包括：將單體六氯環三膦腈和雙官能團化合物(優選混合后再加入)加入反應液，再加入縛酸劑進行反應。?

在另一優選例中，所述接枝六氯環三膦腈的碳纖維與六氯環三膦腈和雙官能團化合物的混合物的重量比為100：30～60。?

在另一優選例中，所述的雙官能團化合物和六氯環三膦腈的摩爾配比為3.3～4.5:1.0。?

在另一優選例中，接枝六氯環三膦腈碳纖維和縛酸劑的重量比為100：60～120。?

在另一優選例中，所述反應在30～80℃恒溫攪拌或水浴超聲條件下反應4～24小時。?

在另一優選例中，對所述碳纖維進行如下后處理：取出碳纖維用溶劑和水反復超聲洗滌多次，50～100℃條件下，真空烘箱內干燥備用。?

在另一優選例中，所述的縛酸劑為三乙胺和/或氫氧化鈉。?

在另一優選例中，所述的縛酸劑和氧化碳纖維的重量比=15～60:100。?