[發明專利]一種基于溫度處理碳纖維提高樹脂基復合材料界面粘結性能的方法

有效

• 申請號: 201711479198.6
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108070223B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 武清;趙如意;楊欣;朱建鋒;方園;方緩;趙婷
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08L79/08;C08K9/10;C08K7/06
• 代理公司: 西安眾和至成知識產權代理事務所(普通合伙) 61249
• 代理人: 張震國

一種基于溫度處理碳纖維提高樹脂基復合材料界面粘結性能的方法，解決現有碳纖維處理方法工藝步驟繁瑣、時間長，過程有毒害，不適宜工業化生產的問題。本發明將帶環氧類上漿劑的聚丙烯腈基碳纖維在T～T+30℃的溫度范圍內處理一定時間，然后與樹脂基體復合制備碳纖維樹脂基復合材料，其中T代表所采用樹脂基體的預固化溫度。本發明能夠在不損失碳纖維力學性能的前提下，增加上漿劑與纖維表面活性基團的相互作用程度，形成化學鍵合梯度變化的界面微區，有利于界面應力的傳遞，達到提高碳纖維與樹脂界面粘結性能的目的。本發明的方法具有工藝簡單，可操作性強，效率高，無毒無害，成本低、適合工業化生產等優點。本發明應用于材料的表面與界面改性領域。

技術領域

本發明屬于材料的表面與界面改性應用技術領域，具體涉及一種基于溫度處理碳纖維提高樹脂基復合材料界面粘結性能的方法。

背景技術

碳纖維因具有高比強度、高比模量、優異的環境穩定性、耐熱和抗氧化性能等而被廣泛應用于航空航天、交通運輸、能源、體育休閑用品等領域。碳纖維作為增強材料，必須與基體復合才能發揮其優異的性能，其中碳纖維增強樹脂基復合材料為典型代表之一。然而，碳纖維表面親水性差、表面能低、化學惰性的特點使其與樹脂基體的潤濕性差，界面結合力弱。為此，需對碳纖維進行表面改性處理。

目前，常用的碳纖維表面處理方法主要有電解氧化、化學氧化、輻照改性、等離子體處理、化學接枝、分子自組裝和多尺度納米改性等。這些方法雖然可以提高碳纖維增強樹脂基復合材料的界面粘結性能，但與此同時常伴隨著復雜的工藝處理流程，時間長，反應劇烈，過程對人體和環境有毒害，不適宜工業化生產，不僅浪費了大量的能源和資源，而且往往會造成碳纖維強度的降低。因此，尋求一種制備工藝簡單、無毒無害、環保、低成本、高效率、適合工業化生產的碳纖維表面處理方法具有很好的實際意義和應用價值。

發明內容

本發明的目的是要解決現有碳纖維處理方法工藝步驟繁瑣、時間長，過程有毒害，不適宜工業化生產的問題，而提供一種基于溫度處理碳纖維提高樹脂基復合材料界面粘結性能的方法。

為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案：將帶漿碳纖維在T～T+30℃下處理0.5～4h，然后將處理后的碳纖維與樹脂基體復合制備碳纖維樹脂基復合材料，其中T為樹脂基體的預固化溫度；

所述帶漿碳纖維為帶環氧類上漿劑或帶氨基環氧類上漿劑的聚丙烯腈基碳纖維；

所述樹脂基體為高溫固化的5228環氧樹脂或高溫固化的雙馬來酰亞胺樹脂。

本發明的優點：

(1)本發明能夠在不損失碳纖維力學性能的前提下，增加上漿劑與纖維表面活性基團的相互作用程度，形成化學鍵合梯度變化的界面微區，提高碳纖維與樹脂的界面粘結性能。界面粘結性能的提高可使復合材料內部應力均勻傳遞，滿足高性能碳纖維樹脂基復合材料的更高需求。

(2)本發明的方法只需在現有碳纖維生產線的最后一步加上溫度處理，即可實現碳纖維樹脂基復合材料界面粘結性能的提高。該方法簡單易行、無毒無害、環保、低成本、高效率、適合工業化生產，具有良好的經濟效益和工業應用前景。

(3)本發明的方法不僅限于某一特定的碳纖維樹脂基復合材料體系，具有普遍適應性和良好的發展前景。

附圖說明

圖1為本發明實施例1的碳纖維表面環氧類上漿劑的紅外譜圖。

圖2為本發明實施例1的碳纖維/5228環氧樹脂界面剪切強度柱狀圖，其中1為未處理的碳纖維與5228環氧樹脂復合的界面剪切強度，2為130℃處理2h碳纖維與5228環氧樹脂復合的界面剪切強度。

圖3為本發明實施例2的碳纖維/5228環氧樹脂界面剪切強度柱狀圖，其中1為未處理的碳纖維與5228環氧樹脂復合的界面剪切強度，2為150℃處理2h碳纖維與5228環氧樹脂復合的界面剪切強度。