[發明專利]用于表面生長碳納米管的碳纖維電化學處理方法

有效

• 申請號: 201610682771.2
• 申請日: 2016-08-17
• 公開（公告）號: CN106319933B
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發明（設計）人: 王成國;王延相;陳紀強;鄭林寶;王興輝;秦建杰
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: D06M11/74
• 分類號: D06M11/74;C25D11/00;D06M101/40
• 代理公司: 北京恩赫律師事務所 11469
• 代理人: 趙文成

本發明公開了一種用于表面生長碳納米管的碳纖維電化學處理方法，屬于碳纖維表面處理領域。本發明包括以下步驟：步驟1：將脫除表面漿劑的碳纖維加入電解槽中進行電解；步驟2：將步驟1得到的碳纖維通過水洗槽去除表面殘留的電解液；步驟3:將步驟2得到的碳纖維通過干燥箱烘干；步驟4：將步驟3得到的碳纖維通入到浸漬槽中，所述浸漬槽中含有催化劑前驅體溶液；步驟5：利用收絲機收集步驟4得到的碳纖維。本發明不損傷碳纖維拉伸強度，且能有效提高碳纖維表面粗糙度和官能團含量，增加碳纖維的表面極性，實現催化劑前驅體溶液在碳纖維表面的均勻加載。

技術領域

本發明涉及碳纖維表面處理領域，特別是指一種用于表面生長碳納米管的碳纖維電化學處理方法。

背景技術

碳纖維表面原位生長碳納米管(以下簡稱CNTs)是一種新型的技術，CNTs的引入增加了樹脂與纖維的接觸面積，提高了纖維與樹脂的浸潤性，并提供了一定量的機械嚙合中心，對提高復合材料界面強度有重要的作用。

E.T.ThStenson等人(Carbon nanotube/carbon fiber hybrid multiscalecomposites[J].Journal of Applied physics,2002,91(9):6034-6037)通過在碳纖維表面預沉積金屬催化劑，之后利用化學氣相沉積的方法，在碳纖維表面原位生長了均勻的碳納米管，使得復合材料中的碳纖維和基體樹脂之間可以實現機械互鎖，受外力時可以起到分散載荷的作用，其實驗表明其單絲復合材料的層間剪切強度顯著提高。成品的碳纖維，絕大多數的雜質原子被去除，碳纖維表面碳結構穩定，呈化學惰性，表面能低，催化劑前驅體溶液為極性溶液，很難均勻的鋪展在碳纖維的表面，導致還原后催化劑顆粒的不均勻分布，進而影響CNTs在碳纖維表面分布。當復合材料受力時，沒有生長CNTs處的界面強度較弱，首先發生界面脫粘，失去了傳遞載荷的作用，成為復合材料的缺陷，并隨著載荷的增加而逐漸擴大，最終導致復合材料的失效。所以預先要對碳纖維表面進行改性處理，有效的表面改性能大大增加碳纖維的表面粗糙度，增加表面極性官能團的含量，提高纖維的表面極性。

傳統的表面改性技術對碳纖維的表面刻蝕較為嚴重，纖維拉伸強度損傷較大，不利于碳纖維復合材料界面性能的提高。中國專利文件CN104179790A公開了一種利用電化學陽極氧化處理碳纖維的方法，并以碳酸氫銨為電解質對干噴濕紡碳纖維進行了電化學表面處理，但纖維拉伸強度損傷很大。中國專利文件CN 102505449A公開了一種利用電化學處理將CNTs接枝到碳纖維表面的方法，改善了碳纖維的表面特性，但這種方法中溶有CNTs的電解液不易保存，容易發生團聚，CNTs的接枝量難以控制。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種用于表面生長碳納米管的碳纖維電化學處理方法。這種方法不損傷碳纖維拉伸強度，且能有效提高碳纖維表面粗糙度和官能團含量，增加碳纖維的表面極性，實現催化劑前驅體溶液在碳纖維表面的均勻加載。

為解決上述技術問題，本發明提供技術方案如下：

一種用于表面生長碳納米管的碳纖維電化學處理方法，包括以下步驟：

步驟1：將脫除表面漿劑的碳纖維加入電解槽中進行電解，所述電解槽中含有質量分數為3％-8％的有機電解質溶液；

步驟2：將步驟1得到的碳纖維通過水洗槽去除表面殘留的電解液；

步驟3:將步驟2得到的碳纖維通過干燥箱烘干；

步驟4：將步驟3得到的碳纖維通入到浸漬槽中，所述浸漬槽中含有催化劑前驅體溶液；

步驟5：利用收絲機收集步驟4得到的碳纖維。