[發明專利]一種基于高分子胺類凹凸結構改性碳纖維及其制備方法

在審

• 申請號: 202110810177.8
• 申請日: 2021-07-18
• 公開（公告）號: CN113430832A
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 武清;白換換;鄧昊;葉紫怡;朱建鋒
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: D06M15/53
• 分類號: D06M15/53;D06M15/37;D06M15/61;D06M15/59;D06M23/00;D06M101/40
• 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

一種基于高分子胺類凹凸結構改性碳纖維的制備方法，該方法包括：對碳纖維依次進行去劑、硝酸氧化和氯化亞砜酰氯化處理，然后配制高分子胺類分散液，將碳纖維絲束均勻鋪放在濾膜上，并在垂直于碳纖維軸向的方向放置具有周期性間隙的模具，用真空抽濾法將高分子胺類分散液沉積在碳纖維絲束表面，再將沉積有高分子胺類分散液的碳纖維絲束翻轉180°，同樣上述步驟在碳纖維絲束另一面沉積分散液，真空烘干得到一種基于高分子胺類凹凸結構改性碳纖維。本發明首次在碳纖維圓周表面構筑凹凸結構，且該方法簡單、反應條件溫和、無毒、環保、低成本和高效，制備的高分子胺類凹凸結構改性的碳纖維使復合材料的界面粘結強度提高了25.6％～83.6％。

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，具體涉及一種基于高分子胺類凹凸結構改性碳纖維及其制備方法。

背景技術

近些年，我國不斷推崇節能減排政策，因此輕質高強的復合材料具有不可估量的發展潛力，是未來材料發展的重要方向。目前，碳纖維增強樹脂基復合材料因其輕質、高比強度和模量、耐高溫等優越性能，且其帶來的節能減排長遠效益是其他材料無法替代的，成為研究的熱點。然而碳纖維表面能低且呈化學惰性，導致復合材料界面粘結性較差，不利于復合材料綜合性能的發揮。因此，通過對碳纖維表面改性，進而增強復合材料的界面性能，一直是復合材料研究領域的熱點。目前，常見的碳纖維表面改性方法有等離子體處理、輻照處理、氧化、化學接枝、上漿法、層層自組裝、化學氣相沉積等，大部分方法在提高表面活性的同時伴隨著碳纖維強度的降低，且大部分方法工藝復雜、反應條件苛刻、有毒、高成本，與國家綠色節能減排的政策相矛盾。因此，尋找一種簡便、綠色環保、高效、低成本的碳纖維表面改性方法以提高碳纖維樹脂基復合材料的界面性能十分重要。

表面具有凹凸結構的材料非常有利于增大其與其他材料的摩擦作用，若將其應用與復合材料界面將很有希望提高界面的粘結強度。然而，表面凹凸結構多見于平面材料，對于具有曲面或不規則表面的材料應用較少，主要是因為其較差的加工性能。因此，如何在具有圓周結構的碳纖維表面實現凹凸結構的構筑是一個亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于高分子胺類凹凸結構改性碳纖維及其制備方法，該方法使碳纖維的圓周表面產生均勻分布的凹凸結構，且制備方法簡單、綠色環保、高效和低成本。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

(1)將碳纖維絲束在丙酮溶液中冷凝回流，然后用去離子水清洗干凈并真空干燥；

(2)將步驟(1)處理得到的碳纖維絲束分別在濃酸和氯化亞砜中處理，然后用去離子水清洗干凈并真空干燥；

(3)將高分子胺類分散在有機溶劑中，攪拌使其分散均勻，得到質量分數為0.5％～10％的高分子胺類分散液；

(4)將步驟(2)得到的碳纖維絲束均勻鋪放在濾膜上，沿垂直于碳纖維軸向的方向放置具有周期性間隙的模具，然后真空抽濾高分子胺類分散液使其沉積在碳纖維絲束表面；接著將沉積有高分子胺類分散液的碳纖維絲束翻轉180°，沿垂直于碳纖維軸向的方向放置具有周期性間隙的模具，再真空抽濾高分子胺類分散液使其沉積在碳纖維絲束另一表面；真空干燥后得到基于高分子胺類凹凸結構改性碳纖維。

所述步驟(1)的碳纖維為長碳纖維。

所述步驟(1)的冷凝回流溫度為80～100℃，時間為12～48h。

所述步驟(2)的濃酸是硝酸、硫酸或王水，濃酸處理溫度為80～100℃，時間為3～8h；氯化亞砜處理溫度為70～90℃，時間為12～48h。

所述步驟(3)的高分子胺類是雙端帶氨基的高分子胺類或多氨基高分子胺類。

所述雙端帶氨基的高分子胺類是聚醚胺、聚多巴胺、聚乙烯亞胺、聚丙烯亞胺、三聚氰胺、聚酰胺-胺型樹枝狀高分子、超支化聚酰胺或端氨基超支化聚合物。