[發明專利]一種碳纖維表面接枝三嗪類樹枝狀分子的方法

有效

• 申請號: 201610554989.X
• 申請日: 2016-07-14
• 公開（公告）號: CN106192366B
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 孟令輝;趙敏;黃玉東;屈海濤;馬麗春;武光順;謝非
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: D06M11/01
• 分類號: D06M11/01;D06M11/50;D06M11/65;D06M13/127;D06M13/332;D06M13/335;D06M13/364;C08K9/02;C08K9/04;C08K7/06;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

技術領域

本發明涉及一種碳纖維表面改性的方法。

背景技術

纖維增強樹脂基復合材料被廣泛的應用于汽車、船舶、航空航天和機械制造等方面，這主要得益于碳纖維優異的機械性能，低密度，高比強和高比剛的特性。但是，未經處理的碳纖維表面惰性大，與樹脂基體的界面結合較弱。而在碳纖維復合材料中，碳纖維與基體之間的界面起著至關重要的作用，良好的界面結合可以有效地傳遞載荷，從而提高材料的力學性能。因此，在對碳纖維復合材料性能的進一步追求中，增強體與基體之間的界面性能的提高成為復合材料性能提升的關鍵。

常用的碳纖維表面改性方法主要有化學氣相沉積法、化學氧化及化學接枝等，這些方法都能不同程度地增加碳纖維的表面極性，比表面積以及粗糙度，提高其與樹脂之間的界面性能，但往往由于纖維表面活性點較少，接枝到碳纖維上的基團更少，與樹脂的結合強度無法保障；另外導致其本體強度的嚴重損失，并且操作繁瑣，不易實施。因此，目前急需一種碳纖維表面改性技術，旨在碳纖維表面形成更多的活性點，并盡可能不破壞其本體結構來提高其與樹脂的界面結合強度。

發明內容

本發明的目的是要解決現有碳纖維表面改性的方法存在基團接枝到碳纖維上少及碳纖維本體強度損失大的問題，而提供一種碳纖維表面接枝三嗪類樹枝狀分子的方法。

一種碳纖維表面接枝三嗪類樹枝狀分子的方法，具體是按以下步驟完成的：

一、碳纖維表面環氧涂層的去除：

將碳纖維束放入索氏提取器中，使用丙酮作為溶劑，加熱丙酮至80℃～85℃，并在80℃～85℃下冷凝回流反應40h～70h；反應結束后冷卻至室溫，將碳纖維取出，再在70℃～90℃下干燥1h～3h，得到去除表面環氧涂層后的碳纖維束；

二、碳纖維的氧化：

①、在常溫下配置過硫酸鉀和硝酸銀的混合溶液；

②、將去除表面環氧涂層后的碳纖維束浸入到過硫酸鉀和硝酸銀的混合溶液中，加熱至60℃～80℃，再在溫度為60℃～80℃下保持1h～2h，然后將去除表面環氧涂層后的碳纖維束從過硫酸鉀和硝酸銀的混合溶液中取出；

③、將碳纖維束置于蒸餾水中浸泡5～15min，再取出；

④、重復步驟二③3次～5次；

⑤、再將碳纖維束放入索氏提取器內，在90℃～100℃下以無水乙醇為提取劑進行索氏提取除雜2h～4h，得到清洗后的碳纖維束；將清洗后的碳纖維束置于70℃～90℃下干燥1h～3h，得到氧化后的碳纖維；

三、碳纖維的還原：

將氧化后的碳纖維浸入到LiAlH₄-四氫呋喃的飽和溶液中，再在溫度為60℃～80℃下加熱回流1h～4h，取出后使用四氫呋喃清洗2次～4次，再使用質量分數為5％～10％的鹽酸清洗2次～4次，最后使用蒸餾水清洗洗滌至清洗液為中性，再將碳纖維束在溫度為90℃～110℃下干燥2h～4h，得到還原后的碳纖維；

四、碳纖維表面接枝三嗪類樹枝狀分子：

①、向干燥的反應瓶中加入四氫呋喃，再將還原后的碳纖維置于四氫呋喃中，再依次向四氫呋喃中加入三聚氰氯和N,N-二異丙基乙胺，再攪拌均勻，得到混合溶液；向反應瓶中通入氮氣15min～30min，再在氮氣氣氛和溫度為30℃～60℃下反應20h～40h；反應結束后將碳纖維取出，依次使用四氫呋喃、無水乙醇對碳纖維各清洗2次～6次，再在溫度為70℃～90℃下干燥1h～3h，得到表面接枝三聚氰氯的碳纖維；

步驟四①中所述的反應瓶中還原后的碳纖維的質量與四氫呋喃的體積比為0.3g:(50mL～60mL)；

步驟四①中所述的還原后的碳纖維與三聚氰氯的質量比為0.3:(0.4～0.6)；

步驟四①中所述的還原后的碳纖維與N,N-二異丙基乙胺的質量比為0.3:(0.3～0.5)；

②、將表面接枝三聚氰氯的碳纖維浸入到異丙醇中，再依次向異丙醇中加入對苯二胺和N,N-二異丙基乙胺，再在溫度為60℃～90℃反應20h～40h；反應結束后將表面接枝三聚氰氯的碳纖維取出，依次使用異丙醇、無水乙醇對表面接枝三聚氰氯的碳纖維各清洗2次～6次，再在溫度為70℃～90℃下干燥1h～3h，得到表面接枝一代三嗪類樹枝狀分子的碳纖維，記作CF-G1；

步驟四②中所述的表面接枝三聚氰氯的碳纖維的質量與異丙醇的體積比為0.3g:(50mL～60mL)；

步驟四②中所述的表面接枝三聚氰氯的碳纖維與對苯二胺的質量比為0.3:(0.2～0.4)；