[發明專利]一種碳纖維表面化學接枝改性的方法

有效

• 申請號: 201310460902.9
• 申請日: 2013-09-30
• 公開（公告）號: CN103469534A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 孟令輝;馬麗春;范大鵬;于佳立;戚美微
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: D06L1/08
• 分類號: D06L1/08;D06M11/50;D06M11/65;D06L1/16;D06L1/02;D06M13/268;D06M13/144;D06M13/355;D06M13/332;D06M101/40
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

1.一種碳纖維表面化學接枝改性的方法，其特征在于碳纖維表面化學接枝改性的方法具體是按以下步驟完成的：

一、清洗：

①將碳纖維放入裝有丙酮的索氏提取器中，在溫度為75℃～85℃的條件下使用丙酮清洗去除碳纖維表面的雜質，清洗時間為2h～8h，將清洗后的碳纖維取出，得到丙酮清洗后的碳纖維；

②將步驟一①得到的丙酮清洗后的碳纖維置于超臨界裝置中，在溫度為350℃～370℃和壓力為8MPa～14MPa的超臨界丙酮-水體系中浸泡20min～30min，所述超臨界丙酮-水體系中丙酮與水的體積比為5:1，得到去除環氧涂層后的碳纖維；

③將步驟一②得到的去除環氧涂層后的碳纖維置于索氏提取器中，在溫度為75℃～85℃的條件下使用丙酮清洗去除環氧涂層后的碳纖維，清洗時間為2h～4h；將清洗后的碳纖維取出，在溫度為70℃～80℃的條件下干燥2h～4h，得到干燥清洗后碳纖維；

二、氧化：

①將步驟一③得到的干燥清洗后碳纖維置于過硫酸鉀/硝酸銀混合水溶液中，加熱至60℃～80℃，并在溫度為60℃～80℃的條件下恒溫1h～2h，得到氧化后的碳纖維；所述的過硫酸鉀/硝酸銀混合水溶液中過硫酸鉀的濃度為0.1mol/L～0.2mol/L；所述的過硫酸鉀/硝酸銀混合水溶液中硝酸銀的濃度為0.0001mol/L～0.005mol/L；

②室溫條件下將步驟二①得到的氧化后的碳纖維在蒸餾水中浸泡5min～10min，將經蒸餾水中浸泡后的碳纖維取出，棄除蒸餾水；所述碳纖維的質量與蒸餾水的體積比為(0.001g～0.006g):1mL；

③重復步驟二②3次～5次，得到蒸餾水清洗后的氧化碳纖維；

④將步驟二③得到的蒸餾水清洗后的氧化碳纖維在溫度為70℃～80℃的條件下干燥2h～4h；

⑤將步驟二④得到的干燥后的氧化碳纖維置于裝有乙醇的索氏提取器中，在溫度為90℃～100℃的條件下使用乙醇清洗氧化碳纖維，清洗時間為2h～4h，得到乙醇清洗的氧化的碳纖維；

⑥將步驟二⑤得到的乙醇清洗的碳纖維在溫度為70℃～80℃的條件下干燥2h～4h，得到干燥的氧化碳纖維；

三、酰氯化：

①向干燥的反應瓶中裝入二氯亞砜/N,N-二甲基甲酰胺混合液，將步驟二⑥得到的干燥的氧化碳纖維放入反應瓶中，加熱至70℃～90℃，在溫度為70℃～90℃的條件下恒溫反應40h～50h，得到含有雜質的酰氯化的碳纖維；

②首先使用減壓蒸餾的方法將步驟三①得到的含有雜質的酰氯化的碳纖維中殘留的二氯亞砜除去，得到酰氯化的碳纖維，其次將得到的酰氯化的碳纖維在溫度為70℃～90℃的真空干燥箱中干燥2h～4h，最后將干燥的酰氯化的碳纖維放在干燥器中密封保存；

四、醇解：

①吡啶的無水處理：向吡啶中投入氫氧化鉀顆粒，得到吡啶溶液，將吡啶溶液密封后固定在旋轉式振蕩器上，設定振蕩頻率為120r/min，旋轉振幅為30mm，振蕩時間為5min；將振蕩后的吡啶溶液靜止24h；靜止后取吡啶溶液的上清液進行精餾，在溫度為100℃～120℃之間收集餾分，得到無水吡啶溶液；

②將步驟三②得到的干燥的酰氯化的碳纖維放入步驟四①中得到的無水吡啶溶液中，使用冰水浴將無水吡啶溶液的溫度控制在0℃～10℃，以5滴/min的速度將3-溴丙醇/吡啶混合液滴加到無水吡啶溶液中；步驟四②中所述的3-溴丙醇/吡啶混合液中3-溴丙醇與吡啶的體積比為(0.04～0.08):1；

③將步驟四②得到的滴加完3-溴丙醇/吡啶混合液的無水吡啶溶液在室溫條件下進行攪拌，攪拌速度為6r/min～10r/min，攪拌時間為3h～5h，得到含雜質的醇解碳纖維；

④將步驟四③得到的含雜質的醇解碳纖維放入無水乙醇中清洗，將經無水乙醇清洗的含雜質的醇解碳纖維取出，棄除無水乙醇；所述含雜質的醇解碳纖維的質量與無水乙醇的體積比為(0.01g～0.04g):1mL；

⑤重復操作步驟四④3次～5次，得到濕醇解碳纖維，將濕醇解碳纖維在溫度為70℃～80℃的條件下干燥2h～4h，得到醇解碳纖維；

五、季銨鹽反應：

①將步驟四⑤中得到的醇解碳纖維置于含六亞甲基四胺的三氯甲烷溶液中，加熱至60℃～70℃，并在溫度為60℃～70℃和攪拌速度為6r/min～10r/min的條件下恒溫攪拌回流8h～10h，得到含雜質的六亞甲基四胺接枝的碳纖維；所述含六亞甲基四胺的三氯甲烷溶液中六亞甲基四胺的質量與三氯甲烷的體積比為(0.1g～0.2g):1mL；所述三氯甲烷的質量分數為99.95%；

②將步驟五①得到的含雜質的六亞甲基四胺接枝的碳纖維置于三氯甲烷中清洗，將經三氯甲烷清洗的含雜質的六亞甲基四胺接枝的碳纖維取出，棄除三氯甲烷；

③重復操作步驟五②3次～5次，得到濕的六亞甲基四胺接枝的碳纖維，將濕的六亞甲基四胺接枝的碳纖維在溫度為70℃～80℃的條件下干燥2h～4h，得到六亞甲基四胺接枝的碳纖維。