[發(fā)明專利]一種碳纖維表面復(fù)合涂層的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310017443.7
• 申請(qǐng)日: 2013-01-17
• 公開（公告）號(hào): CN103031724A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黎俊;黃玉東;胡幀;宋元軍;劉麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): D06M15/41
• 分類號(hào): D06M15/41;D06M11/74;D06M11/79;D06M11/46;D06M15/643;D06M11/49;D06M11/83;D06M10/10;D06M10/06;C08K9/04;C08K9/02;C08K9/06;C08K7/06
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 高會(huì)會(huì)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種復(fù)合涂層的制備方法。

背景技術(shù)

碳纖維是纖維狀的碳材料，密度比金屬鋁低，但強(qiáng)度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量的特性。碳纖維產(chǎn)業(yè)在發(fā)達(dá)國(guó)家支柱產(chǎn)業(yè)升級(jí)乃至國(guó)民經(jīng)濟(jì)整體素質(zhì)提高方面發(fā)揮著重要作用，對(duì)我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和傳統(tǒng)材料的更新?lián)Q代也有重要意義。先進(jìn)碳纖維復(fù)合材料在航空、航天、軍事、建筑等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。碳纖維復(fù)合材料界面對(duì)其性能起著決定性的作用，已經(jīng)被公認(rèn)為貫穿復(fù)合材料發(fā)展始終的基礎(chǔ)性與共性的研究課題。界面直接影響碳纖維復(fù)合材料纖維與樹脂基體之間的應(yīng)力分散與傳遞，從而影響復(fù)合材料的損傷積累與裂紋傳播的歷程，進(jìn)而影響碳纖維復(fù)合材料的斷裂韌性。

總所周知，酚醛樹脂是熱固性樹脂，固化后的樹脂結(jié)構(gòu)具有三維網(wǎng)絡(luò)高度交聯(lián)的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)主體是大比例的苯環(huán)，元素中以碳元素為主，原子間鍵能高，分子鏈間內(nèi)聚力大，所以酚醛樹脂有著在熱解后具有高殘?zhí)悸屎统商拷Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度高的特點(diǎn)。酚醛樹脂炭化制成的炭材料除用于耐燒蝕材料領(lǐng)域外，還可以在許多功能性領(lǐng)域中應(yīng)用，如高吸附、高分離性材料，高導(dǎo)電材料，高導(dǎo)熱材料，高耐腐材料等領(lǐng)域。具體制品主要有碳／碳復(fù)合材料，活性炭纖維，炭泡沫，炭（質(zhì)）氣體分離膜，炭電極，玻璃炭，木陶瓷等。

碳纖維的類石墨結(jié)構(gòu)決定了其表面呈化學(xué)惰性，由于碳纖維表面惰性大、表面能低，缺乏有化學(xué)活性的官能團(tuán)，反應(yīng)活性低，與基體的粘結(jié)性差，界面中存在較多的缺陷，直接影響了復(fù)合材料的力學(xué)性能，表現(xiàn)為CFRP的偏軸強(qiáng)度較低。特別是碳纖維自身的機(jī)械強(qiáng)度高，但其機(jī)械強(qiáng)度在復(fù)合材料中未得到充分體現(xiàn)。為了改善界面性能，充分利用界面效應(yīng)的有利因素，可以通過對(duì)碳纖維進(jìn)行表面改性的辦法來(lái)提高其對(duì)基體的浸潤(rùn)性和粘結(jié)性。國(guó)內(nèi)外對(duì)碳纖維表面改性的研究進(jìn)行得十分活躍，常用的碳纖維表面處理方法有：氣相氧化法、液相氧化法、陽(yáng)極氧化法、等離子體氧化法、表面涂層改性法等，也有采用兩種或兩種以上表面處理法，先后或同時(shí)對(duì)碳纖維進(jìn)行表面處理，稱之為復(fù)合表面處理法。總體上講，物理法工藝簡(jiǎn)單、易操作，界面改善效果不夠明顯，導(dǎo)致最終得到的碳纖維復(fù)合材料中碳纖維與樹脂基體之間存在弱界面現(xiàn)狀；化學(xué)法復(fù)雜，效果較好，經(jīng)化學(xué)處理的碳纖維表面形成了大量的羥基、羰基等極性基團(tuán)，這使得碳纖維與基體樹脂的粘結(jié)得到了相當(dāng)程度的改善，但是化學(xué)處理給碳纖維的結(jié)構(gòu)與性能帶來(lái)相當(dāng)程度的損傷，導(dǎo)致最終得到的碳纖維復(fù)合材料中碳纖維與樹脂基體之間存在弱界面現(xiàn)狀。因此，尋求一種工藝簡(jiǎn)單、界面結(jié)構(gòu)可控、界面增強(qiáng)效果明顯的碳纖維表面改性技術(shù)是提高碳纖維復(fù)合材料品質(zhì)的重要課題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有方法制備的碳纖維復(fù)合材料中碳纖維與樹脂基體之間存在弱界面現(xiàn)狀的問題，而提供一種碳纖維表面復(fù)合涂層的制備方法。

一種碳纖維表面復(fù)合涂層的制備方法，具體是按以下步驟完成的：一、碳纖維的預(yù)處理：首先對(duì)碳纖維進(jìn)行纖維表面的預(yù)處理，預(yù)處理1min~120min，取出后得到表面預(yù)處理的碳纖維，采用去離子水對(duì)表面預(yù)處理的碳纖維進(jìn)行洗滌，洗滌1min~120min，然后將洗滌后表面預(yù)處理的碳纖維置于烘箱中，在溫度為90℃~500℃下烘干1min~60min，即完成碳纖維的預(yù)處理，得到預(yù)處理碳纖維；二、涂覆：將預(yù)處理碳纖維放入酚醛樹脂漿料中浸泡，浸泡1min~300min，取出后即得到表面涂覆酚醛樹脂預(yù)聚物的碳纖維；三、固化：在壓力0.1MPa~100MPa和溫度為40℃~400℃下對(duì)步驟二得到的表面涂覆酚醛樹脂預(yù)聚物的碳纖維進(jìn)行固化處理，固化處理1min~300min，即得到表面涂覆體型酚醛樹脂的碳纖維；四、炭化：對(duì)步驟三得到的表面涂覆體型酚醛樹脂的碳纖維進(jìn)行炭化處理，即得到微孔全碳涂層的碳纖維；五、涂層官能團(tuán)化：將步驟四得到的微孔全碳涂層的碳纖維浸入處理液中，并在壓力為0.1MPa~100MPa和溫度為0℃~400℃下反應(yīng)1min~300min，即得到碳纖維表面復(fù)合涂層。