[发明专利]一种碳纤维表面处理的方法

说明书

技术领域

本发明涉及新型材料生产领域，涉及碳纤维制备过程中的后处理工艺，具体涉及一种碳纤维表面处理的方法。 

背景技术

碳纤维是一种新型非金属材料，具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、抗蠕变、低热膨胀、高导电和导热、自润滑等一系列优异性能；而且作为纤维还具有柔软性和可编、可纺织性，被广泛应用于航天航空、国防军事等尖端领域以及高级体育用品、医疗器械等民用工业，成为先进复合材料的主要增强体之一，被誉为21世纪中最有生命力的新型材料。 

碳纤维是利用有机纤维经过预氧化、低温碳化和高温碳化等工艺过程制得的其含碳量在90％以上的新型碳材料。由于在高温惰性气氛中碳化处理，随着非碳元素的挥发和碳元素的富集，使其表面活性降低，表面张力降低，与基体树脂的浸润性变差，导致其复合材料的层间剪切强度降低，不能达到使用设计的要求。为了使碳纤维表面由憎液性转变为亲液性，需要对其进行表面处理，提高其层间剪切强度，满足设计和实用要求。碳纤维表面处理方法较多，但在线配套使用的方法较少，目前应用较为广泛的为阳极电解氧化法。众所周知，经过阳极氧化处理后的碳纤维表面残留一定量的电解质，需经水洗工序进行洗涤，否则将会影响碳纤维及其复合材料的性能。因此，造成碳纤维生产过程的后处理工艺和设备复杂，并且在阳极电解氧化处理过程中易引入电解质杂质，污染碳纤维。 

发明内容

为了解决现有的碳纤维表面处理方法容易引入电解质杂质、污染碳纤维的技术问题，本发明的目的是提供一种碳纤维表面处理的方法。 

本发明的技术解决方案： 

一种碳纤维表面处理的方法，其特殊之处在于：包括以下步骤： 

1】制备臭氧水：所述臭氧水的浓度为5～150mg/L，温度为5～45℃； 

2】浸泡碳纤维：将高温碳化处理后的碳纤维在上述臭氧水中浸泡0.5～ 10min，得到具有复合性能的碳纤维。 

上述步骤还包括测量碳纤维成品表面的氧碳浓度比从而调整臭氧水浓度和浸泡时间的步骤：当氧碳浓度比小于0.02时，需要增加臭氧水浓度和浸泡时间，当氧碳浓度比大于0.30时，需要降低臭氧水浓度和浸泡时间。 

上述氧碳浓度比范围为0.08～0.20。 

上述步骤1】中臭氧水是采用洁净空气或氧气为气源经臭氧发生器产生臭氧，再与无离子水经静态混合器混合制得。 

上述臭氧水的浓度为50～100mg/L，温度为15～25℃。 

上述步骤2】浸泡碳纤维的时间为1～5min。 

本发明所具有的优点： 

1、本发明方法采用一定浓度的臭氧水对碳纤维表面进行浸渍氧化处理，改善了碳纤维的表面特性，从而提高了碳纤维增强复合材料的层间剪切强度。 

2、本发明方法具有设备简单、处理效率高、处理效果好、对环境基本无污染的优点，同时经过该方法处理后碳纤维，不需要进行水洗工艺洗涤，使得碳纤维生产过程的后处理工艺简化，减少对碳纤维的机械损伤，提高碳纤维的力学性能。 

3、本发明的方法可直接与现有的碳纤维生产线在线配套使用，而且具有工艺设备简单、处理效率高、处理效果好，并且对环境基本无污染的优点。 

具体实施方式

本发明碳纤维表面处理的方法，包括以下步骤： 

1、制备臭氧水：臭氧水的浓度为5～150mg/L，最好为50～100mg/L；温度为5～45℃；最好为15～25℃； 

2、浸泡碳纤维：将高温碳化处理后的碳纤维在上述臭氧水中浸泡0.5～10min，得到具有复合性能的碳纤维。