[發(fā)明專利]一種表面嵌入碳納米管的碳纖維制備工藝

在審

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• 申請日: 2019-07-01
• 公開（公告）號: CN112176718A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何燕;李少龍;武慶松;喬健;孫建強(qiáng);張傳琪;王凱
• 申請（專利權(quán)）人: 青島科技大學(xué)
• 主分類號: D06M11/74
• 分類號: D06M11/74;D01F9/22;D06M101/40
• 代理公司: 青島中天匯智知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37241
• 代理人: 郝團(tuán)代

一種種表面嵌入碳納米管的碳纖維制備工藝，其主要步驟為：(1)、碳纖維原絲出噴絲板時(shí)帶上一定量靜電荷，(2)、剛帶上靜電荷的碳纖維原絲在固化前吸附氣相分散的碳納米管，(3)、將經(jīng)過靜電荷和氣相分散的碳納米管處理后的碳纖維原絲拉伸與固化，(4)、將上述經(jīng)過處理的碳纖維原絲進(jìn)行碳化處理；本發(fā)明使用少量的碳納米管只對碳纖維的表面進(jìn)行處理，并且碳納米管一部分嵌入碳纖維內(nèi)部，一部分暴露于碳纖維表面，形成了有利于增強(qiáng)碳纖維與樹脂基體間結(jié)合強(qiáng)度的問題的表面結(jié)構(gòu)，對增強(qiáng)碳纖維復(fù)合材料的力學(xué)，電學(xué)，化學(xué)性能效果好且性能穩(wěn)定，而且方法簡單，控制方便。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種表面嵌入碳納米管的碳纖維制備工藝，屬于新型碳材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

碳纖維以其優(yōu)異的力學(xué)，電學(xué)和化學(xué)性能在復(fù)合材料、航空航天、汽車材料、體育用品等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，在國防軍工和民用方面都是重要材料。但由于其表面光滑、惰性大、表面能低、缺乏化學(xué)活性的官能團(tuán),使得碳纖維與樹脂基體之間的界面粘結(jié)性較差，因此尋求碳纖維表面改性的研究方法成了科技工作者研究的熱門課題。

目前碳纖維改性的手段有很多，較為常見的有氧化法、接枝法、表面沉積法，表面涂覆法等，此外采用納米材料構(gòu)建獨(dú)特的表面結(jié)構(gòu)是一種極為有效的方法，其中常把碳納米管加載到碳纖維表面，對于碳纖維表面加載碳納米管的主要方法有兩種，一種是在碳纖維碳化后進(jìn)行表面改性，如化學(xué)接枝法、電泳法和涂層法等，但由于其碳納米管與碳纖維結(jié)合不夠緊密，過程工藝較復(fù)雜，因此難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化；另外一種是在碳纖維原絲階段對其進(jìn)行表面改性，這種方法存在碳管團(tuán)聚較大，分散性不好，碳管用量大等問題，影響碳纖維的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致碳纖維的各種性能受到影響的問題。因此，本技術(shù)是采用氣相分散的碳納米管在碳纖維原絲階段進(jìn)行表面改性，利用少量高分散度的碳納米管在碳纖維表面形成嵌入式結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)在于碳納米管一部分暴露在碳纖維表面，一部分嵌入到碳纖維內(nèi)部，形成了有利于增強(qiáng)碳纖維與樹脂基體間結(jié)合強(qiáng)度的問題的表面結(jié)構(gòu)。

中國發(fā)明專利CN201510963821.X提供了一種分散效果明顯且可以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化制備的碳納米管分散方法，能夠使碳納米管的分散更為徹底和快捷，同時(shí)還可以滿足產(chǎn)業(yè)化要求。

碳纖維表面光滑且呈化學(xué)惰性,對碳纖維復(fù)合材料界面性能具有不利影響,碳纖維表面接枝碳納米管能有效解決碳纖維與樹脂基體間界面結(jié)合強(qiáng)度低的難題,顯著提高碳纖維復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度，彎曲強(qiáng)度，壓縮強(qiáng)度，層間剪切強(qiáng)度等性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對上述問題，提供一種在碳纖維原絲階段嵌入碳納米管從而改善碳纖維材料各類性能的處理方法。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用以下技術(shù)方案：

(1)、碳纖維原絲出噴絲板時(shí)帶上一定量靜電荷，

(2)、剛帶上靜電荷的碳纖維原絲在固化前吸附氣相分散的碳納米管，

(3)、將經(jīng)過靜電荷和氣相分散的碳納米管處理后的碳纖維原絲拉伸與固化，

(4)、將上述經(jīng)過處理的碳纖維原絲進(jìn)行碳化處理，

步驟(1)中的碳納米管原絲是用干法或干噴釋放法所制備的聚丙烯腈原絲，但不局限于聚丙烯腈原絲；步驟(1)中所帶靜電荷具體為10^(-3)C/㎡或更大，一般而言，電荷密度越大越有利于對碳納米管的吸附；步驟(1)中的靜電荷來自于和噴絲板相連的靜電裝置。

本發(fā)明的有益效果是提供了一種較為簡便高效地制備表面嵌入碳納米管的碳纖維的工藝，使用少量的碳納米管只對碳纖維的表面進(jìn)行處理，并且碳納米管一部分嵌入碳纖維內(nèi)部，一部分暴露于碳纖維表面，形成了有利于增強(qiáng)碳纖維與樹脂基體間結(jié)合強(qiáng)度的問題的表面結(jié)構(gòu)，對增強(qiáng)碳纖維復(fù)合材料的力學(xué)，電學(xué)，化學(xué)性能效果好且性能穩(wěn)定，而且方法簡單，控制方便。

附圖說明

附圖是本發(fā)明的流程圖。