[發明專利]一種表面具有阻燃涂層的碳纖維、制備方法及其應用

在審

• 申請號: 201810129198.1
• 申請日: 2018-02-08
• 公開（公告）號: CN108411629A
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 王玉忠;史小慧;陳力;龍家偉;沈聃;李映明;劉博文
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: D06M15/03
• 分類號: D06M15/03;D06M15/285;D06M15/333;D06M15/356;D06M15/61;D06M13/513;D06M13/44;D06M13/292;D06M11/79;D06M11/71;D06M11/46;D06M11/45;D06M101/40
• 代理公司: 成都其高專利代理事務所(特殊普通合伙) 51244
• 代理人: 梁周霆

本發明公開了一種表面具有阻燃涂層的碳纖維，其表面有至少一層由兩類帶相反電荷的物質組成的復合物阻燃涂層；還公開了其制備方法，該方法采用物理方法在表面快速構筑阻燃涂層，并提供了該種碳纖維的應用。本發明提供的碳纖維其阻燃涂層沉積在表面，不破壞其結構且不影響復合材料的制備工藝；其制備方法簡單易行，綠色環保，涂層構筑速度快，分布均勻，操作效率高；所得復合材料具有優異的阻燃性能和良好的力學性能。該方法適用于碳纖維增強阻燃樹脂基復合材料，在航天航空、交通運輸、體育器材等領域具有很好的應用前景和價值。

技術領域

本發明涉及一種表面阻燃改性碳纖維、其制備方法及應用，尤其涉及一種表面覆蓋了復合物阻燃涂層的表面阻燃改性碳纖維，通過物理方法快速構筑該阻燃涂層的制備方法，以及該碳纖維作為增強、阻燃材料在高分子聚合物中的應用。

背景技術

碳纖維具有高比強度、高比模量、耐低溫性能好、耐疲勞、熱膨脹系數小、抗蠕變、摩擦系數低等一系列優異的性能，在很多領域得到了廣泛應用。近些年對碳纖維的研究主要集中在碳纖維增強樹脂基(CFRP)復合材料。

CFRP由于其具有高強度、高模量、低密度、尺寸穩定等一系列優異性能，已在航空航天、汽車、船舶、軍事工業和體育運動器材等領域得到廣泛應用，但高分子聚合物的阻燃性能較差，使得CFRP的應用受到了限制。因此，提高碳纖維增強高分子聚合物復合材料的阻燃性能具有重要意義。

目前CFRP復合材料的阻燃主要是在高分子聚合物基體中添加阻燃劑，此方法雖然提高了其阻燃性能，但在添加量較高時，由于阻燃劑在樹脂基體中分散性問題，會在一定程度上破壞復合材料的機械性能，限制了其應用領域，因此，提出既能夠提高CFRP復合材料阻燃性能的同時又能夠不破壞其機械性能的方法和手段，具有良好的應用前景和實際意義。

發明內容

為了克服現有技術中存在的問題，本發明首先提供了一種表面具有阻燃涂層的碳纖維，并提供了一種用物理方法在碳纖維表面快速構筑阻燃涂層的方法，以及該阻燃涂層碳纖維在作為高分子聚合物的增強材料和阻燃材料中的應用。本發明所提供的碳纖維，作為高分子聚合物的增強材料和阻燃材料，使得制備得到的高分子聚合物能夠同時具有優良的阻燃性能和機械性能，解決了現有技術中存在的缺陷。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種表面具有阻燃涂層的碳纖維，其特征在于：包含碳纖維及其表面覆蓋的復合物阻燃涂層，所述的復合物阻燃涂層含有兩類帶相反電荷的物質。

進一步地，所述的兩類帶相反電荷的物質均包括電解質和/或功能納米粒子。

進一步地，所述的兩類帶相反電荷的物質中的一類物質為陽離子電解質、功能納米粒子1中的一種或多種的溶液；另一類物質為陰離子電解質、功能納米粒子2中的一種或多種的溶液，例如水溶液。

進一步地，所述的陽離子電解質優選殼聚糖、聚-L-精氨酸鹽酸鹽、聚賴氨酸、聚多巴胺、聚丙烯胺鹽酸鹽、聚二甲基二丙烯基氯化銨、聚乙烯亞胺、聚二烯丙基二甲基氯化銨、硅烷偶聯劑、聚丙烯酰胺、聚丙烯胺、聚乙烯醇，功能化的納米粒子1優選功能化石墨烯、氨基化碳納米管、碳納米纖維、納米二氧化鈦、納米二氧化硅。

進一步地，所述的陰離子電解質為海藻酸鈉、單寧酸、透明質酸、谷氨酸、脫氧核糖核酸、明膠、環糊精、植酸、功能化纖維素、聚苯乙烯磺酸鈉、聚乙烯基磺酸、聚丙烯酸、多聚磷酸鹽、磷酸三聚氰胺，功能納米粒子2為層狀雙層氫氧化物、羧基化碳納米管、層狀硅酸鹽、納米三氧化二鋁。

一種表面具有阻燃涂層的碳纖維的制備方法，包括以下步驟：將碳纖維浸泡在一定濃度的所述的兩類帶相反電荷的物質的混合溶液中，具體可以是將兩種物質的水溶液混合之后再將碳纖維浸泡其中，或將碳纖維先浸泡在一定濃度的其中一種物質的水溶液中，然后加入另一種物質的水溶液，充分浸泡至碳纖維表面形成至少一層復合物阻燃涂層，得到所述的一種表面具有復合物阻燃涂層的碳纖維；上述步驟可以重復若干次。