[發明專利]一種硅烷偶聯劑輔助電泳沉積引發氧化石墨烯改性碳纖維的制備方法

有效

• 申請號: 201711428838.0
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN108286187B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 朱波;袁曉敏;喬琨;虞軍偉;趙圣堯
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: D06M11/74
• 分類號: D06M11/74;D06M13/513;D06M101/40
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王志坤

本發明公開了一種硅烷偶聯劑輔助電泳沉積引發氧化石墨烯改性碳纖維的制備方法，將脫漿后的碳纖維放入含有氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)和乙醇的水溶液中進行水解氨基化的預處理獲得硅烷偶聯劑處理后的碳纖維，將所述硅烷偶聯劑處理后的碳纖維連接電源正極，以銅片連接電源負極，以氧化石墨烯水溶液作為電泳沉積液進行電泳沉積后即得硅烷偶聯劑輔助電泳沉積引發氧化石墨烯改性碳纖維。可有效提高碳纖維增強樹脂基復合材料的界面剪切強度，能應用于國產碳纖維的表面改性工藝中。

技術領域

本發明涉及一種碳纖維的表面改性方法，具體涉及一種硅烷偶聯劑輔助電泳沉積引發氧化石墨烯改性碳纖維的制備方法。

背景技術

碳纖維具有低密度、高比強度、高比模量、耐高溫、抗蠕變、耐化學腐蝕、低電阻、高熱導、熱膨脹系數小等特性，是聚合物基復合材料重要的增強體。利用碳纖維作為增強體的復合材料已廣泛用于航空航天、建筑機械、電子、文體、生物工程等眾多領域。然而，碳纖維表面為亂層石墨結構，表面光滑，呈現化學惰性，與樹脂基體結合較弱，且碳纖維活性表面積小，邊緣活性碳原子數目少，不易與基體形成良好界面，從而影響復合材料優異性能的充分發揮。目前對于碳纖維的表面改性主要集中在增加碳纖維表面極性、可反應性以及表面粗糙度，主要方法有表面接枝處理、氧化處理、等離子體處理、纖維表面涂層以及化學氣相沉積處理。

石墨烯(graphene)是由二維平面排列的碳原子層組成，其中的碳原子以sp²雜化連接，緊密排列在蜂巢晶體點陣上。石墨烯是世界上最薄的二維材料，其厚度僅為0.35nm。石墨烯獨特的結構使其具有許多的特殊性質。由于是由單原子層構成，石墨烯的比表面積極大，其理論計算值高達2600m²/g；石墨烯的強度高達130GPa，比鋼鐵高100倍，比高強碳纖維高20倍。氧化石墨烯又稱功能化的石墨烯，是石墨烯重要的派生物之一，它的結構與石墨烯基本相似，在其片層間帶有羰基、羥基、環氧基等基團，一般認為片層上下表面接有環氧基和羥基，片層的邊緣為羰基和羧基。

納米級的氧化石墨烯薄膜與微米級的碳纖維有望形成力學性能和界面粘合性能優異的微-納米多尺度增強體材料。一方面，氧化石墨烯表面豐富的含氧官能團將大大增強碳纖維與樹脂的反應活性，使界面化學鍵和作用加強；另一方面，氧化石墨烯片層具有褶皺結構，增加了纖維的表面粗糙度，使其與樹脂的機械嵌合作用提高。因此，碳纖維-氧化石墨烯復合纖維可充分發揮碳纖維和氧化石墨烯各自的優勢，有望實現對復合材料界面結構和性能的設計和控制，對于發展下一代高性能碳纖維和高性能復合材料具有重要意義。

然而，現有技術中采用氧化石墨烯改性碳纖維，會使得氧化石墨烯與碳纖維接枝時發生團聚，從而影響改性效果，不利于增強體力學性能的保留；也不利于增加碳纖維與樹脂的接觸面積，從而降低復合材料的界面性能。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本發明的目的之一是提供一種硅烷偶聯劑輔助電泳沉積引發氧化石墨烯改性碳纖維的制備方法，可有效提高碳纖維增強樹脂基復合材料的界面剪切強度，能應用于國產碳纖維的表面改性工藝中。

為了實現上述目的，本發明的技術方案為：

一種硅烷偶聯劑輔助電泳沉積引發氧化石墨烯改性碳纖維的制備方法，將脫漿后的碳纖維放入含有氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)和乙醇的水溶液中進行水解氨基化的預處理獲得硅烷偶聯劑處理后的碳纖維，將所述硅烷偶聯劑處理后的碳纖維連接電源正極，銅片連接電源負極，以氧化石墨烯水溶液作為電泳沉積液進行電泳沉積后即得硅烷偶聯劑輔助電泳沉積引發氧化石墨烯改性碳纖維。

本發明通過硅烷偶聯劑氨基丙基三乙氧基硅烷對碳纖維表面進行預處理，使碳纖維表面形成含氧官能團，從而改善氧化石墨烯沉積效果。既解決了氧化石墨烯與碳纖維接枝時產生的團聚問題，又能增加碳纖維與樹脂的反應活性點和有效接觸面積，從而提高了纖維增強樹脂基復合材料的界面剪切強度。

本發明的目的之二是提供一種上述制備方法制備的硅烷偶聯劑輔助電泳沉積引發氧化石墨烯改性碳纖維。