[发明专利]一种碳纤维表面处理的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料改性技术领域，尤其涉及一种碳纤维表面处理的方法。

背景技术

碳纤维是含碳量大于90%的纤维状碳材料，其具有高拉伸强度、高拉伸模量、低密度、耐高温、抗烧蚀、抗腐蚀、高导电和热导、低热膨胀自润滑与生物相容性好等优良性能，是理想的耐烧蚀、结构和功能性复合材料组元。目前，碳纤维及其复合材料主要应用于宇航、航空、原子能等尖端科技工业以及体育器材的制造等方面。

作为一种新型高性能纤维，碳纤维纤维叠层制成的网胎与碳布经针刺形成的预制件均具有特殊的高温力学及热学性能，两者均具有优异的高温强度、耐磨损和耐高温烧蚀等特性，因此被广泛应用于高温热场材料中。但由于碳纤维自身易脆、易断、刚性大、弹性模量小等特点，纤维之间勾结强力较差，导致后期生产加工不便，因此必须对其碳纤维进行表面处理改善其表面活性。

申请号为201010547718.4的中国专利公开了一种碳纤维复合针刺预制体及制备方法，其中碳纤维改性的方法为：将长度为40~50mm的碳纤维短丝喷洒水分，使短纤维的湿度保持在5%左右，之后加热到30℃，保温25h。采用此方法处理后的碳纤维短丝由于没有经过水浴或化学处理改性，只是在碳纤维表面喷洒了一定的水分，因此，处理后的碳纤维表面仍含有大量胶质而粘连在一起，分散性和柔软性均没有得到很好的提高，影响后道成网和针刺效果，进而影响网胎的整体质量。

申请号为02138191.7的中国专利公开了一种可针刺无纺织物及准三维预制件，其采用纤维长度为50~100mm的聚丙烯腈基碳纤维，经蒸汽或化学改性处理、机械松散、梳理、针刺制成面密度为40~120g/m²的薄层网胎。用蒸汽或化学改性处理方法得到的碳纤维，纤维间离散性较差、易粘连成块，影响后道开松、梳理效果，进而影响网胎的均匀性，给产品性能带来很大的隐患。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种碳纤维表面处理的方法，该方法处理的碳纤维分散性较好。

本发明提供了一种碳纤维表面处理的方法，将碳纤维置于处理剂溶液中后进行超声波处理，所述处理剂包含溶剂、强碱性化合物、硅油和/或改性硅油与化学处理剂。

优选的，所述碳纤维的长度为40~80mm。

优选的，所述超声波处理的频率为28~60KHz。

优选的，所述超声波处理的温度为20~80℃，时间为10~60min。

优选的，所述溶剂选自水、丙酮和乙醇中的一种或多种。

优选的，所述强碱性化合物为氢氧化钠或氢氧化钾。

优选的，所述化学处理剂为抗静电整理剂或柔顺剂。

优选的，所述碳纤维与处理剂溶液的质量比为（1:50）~（1∶100）。

优选的，所述溶剂、强碱性化合物、硅油和/或改性硅油与化学处理剂的质量比为（1~4):1:1:1。

优选的，所述处理剂的质量为处理剂溶液质量的1%~8%。

本发明提供了一种碳纤维表面处理的方法，将碳纤维置于处理剂溶液中后进行超声波处理，所述处理剂包含溶剂、强碱性化合物、硅油和/或改性硅油与化学处理剂。与现有技术中采用蒸汽或化学改性处理碳纤维相比，本发明采用超声波对碳纤维进行表面处理，首先，超声波在液体中传播可产生能量的激化和突发，利用瞬间冲击力可击散碳纤维，提高了碳纤维的可开松性，易使纤维之间呈单纤状态，进而提高了成网均匀性和碳纤维热场材料的热力学稳定性；其次，瞬间冲力还可击散表面杂质或削弱杂质与物体之间的吸附作用，促使杂质与物体间加速脱离，使处理后的碳纤维具有较好的柔软性及抗静电性，并改善了碳纤维的易脆特性。

实验结果表明，本发明得到的处理后的碳纤维开松率可达90%以上。

具体实施方式

本发明提供了一种碳纤维表面处理的方法，该方法为：将碳纤维置于处理剂溶液中后进行超声波处理，所述处理剂包含溶剂、强碱性化合物、硅油和/或改性硅油与化学处理剂。

其中，所述碳纤维的规格为本领域技术人员熟知的碳纤维的规格，并无特殊的限制，本发明中优选为3K、6K、12K、24K或48K。

所述碳纤维的长度为40~80mm，优选为40~70mm，更优选为40~60mm。所述碳纤维的来源可为市购，也可为将市购的连续碳纤维长丝进行切丝处理，得到本发明中长度为40~80mm的碳纤维。

所述处理剂中溶剂、强碱性化学物、硅油和/或改性硅油与化学处理剂的质量比为(1~4):1:1:1，优选为(1.5~3.5):1:1:1。