[发明专利]一种在超临界甲醇中碳纤维表面吸附聚乙烯亚胺的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纤维表面吸附的方法。

背景技术

碳纤维增强聚合物基复合材料因其轻质、高比强和高比刚的特性而被广泛应用于航空航天领域。界面作为复合材料重要的组成部分，影响着复合材料中应力的传递方式和均匀分散，以及材料内部损伤和裂纹的传播过程，在很大程度上影响着材料的强度、韧性以及耐环境和化学稳定性。由于碳纤维表面光滑惰性的物理化学特征，其与聚合物基体的界面粘结通常较弱，在使用前必须对其表面进行活化处理。

常用的碳纤维表面改性方法主要有化学气相沉积法、化学氧化及化学接枝等，这些方法都能不同程度地增加碳纤维的表面极性，比表面积以及粗糙度，提高其与树脂之间的界面性能，但往往由于纤维表面活性点较少，接枝到碳纤维上的基团更少，并且明显分布不均匀，多为缠结状态，与树脂的结合强度无法保障；另外导致其本体强度的严重损失，并且操作繁琐，不易实施。因此，目前急需一种碳纤维表面改性技术，旨在碳纤维表面形成更多的活性点，并尽可能不破坏其本体结构来提高其与树脂的界面结合强度。

超临界流体技术作为一个新兴的研究方向，兼具气相高渗透、高扩散和液相密度大、溶解量大的优势。超临界流体还可以实现对碳纤维表面的刻蚀和清洗，去除涂层和消除纤维表面缺陷，增大比表面积，渗透能力强，能够更有效地润湿碳纤维的表面，并且具有很好的化学稳定性，如今已经涵盖了多个应用领域。目前超临界流体技术在复合材料的制备和纤维表面改性方面仍属空白。采用超临界流体技术对碳纤维表面进行改性处理具有诸多的优势，开展这方面的研究工作具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是要解决现有碳纤维的改性方法使其本身强度严重损失，操作繁琐，不宜实施和与树脂的结合强度低的问题，而提供一种在超临界甲醇中碳纤维表面吸附聚乙烯亚胺的方法。

一种在超临界甲醇中碳纤维表面吸附聚乙烯亚胺的方法，具体是按以下步骤完成的：

一、清洗：

①、将碳纤维放入装有丙酮的索氏提取器中，在温度为75℃～85℃的条件下使用丙酮清洗去除碳纤维表面的杂质，清洗时间为2h～8h，将清洗后的碳纤维取出，得到丙酮清洗后的碳纤维；

②、将步骤一①得到的丙酮清洗后的碳纤维置于超临界装置中，在温度为350℃～370℃和压力为8MPa～14MPa的超临界丙酮-水体系中浸泡20min～30min，得到去除环氧涂层后的碳纤维；

步骤一②中所述的超临界丙酮-水体系中丙酮与水的体积比为5:1；

③、将步骤一②得到的去除环氧涂层后的碳纤维置于索氏提取器中，在温度为75℃～85℃的条件下使用丙酮清洗去除环氧涂层后的碳纤维，清洗时间为2h～4h；将清洗后的碳纤维取出，在温度为70℃～80℃的条件下干燥2h～4h，得到干燥清洗后碳纤维；

二、氧化：

①、将步骤一③得到的干燥清洗后碳纤维浸渍到过硫酸钾/硝酸银混合水溶液中，加热至60℃～80℃，再在温度为60℃～80℃的条件下恒温1h～2h，得到氧化后的碳纤维；所述的过硫酸钾/硝酸银混合水溶液中过硫酸钾的浓度为0.1mol/L～0.2mol/L；所述的过硫酸钾/硝酸银混合水溶液中硝酸银的浓度为0.0001mol/L～0.005mol/L；

步骤二①中所述的干燥清洗后碳纤维的质量与过硫酸钾/硝酸银混合水溶液的体积比为0.1g:(10mL～12mL)；

②、室温条件下将步骤二①得到的氧化后的碳纤维在蒸馏水中浸泡5min～10min，将经蒸馏水中浸泡后的碳纤维取出，弃除蒸馏水；所述的氧化后的碳纤维的质量与蒸馏水的体积比为(0.001g～0.006g):1mL；

③重复步骤二②3次～5次，得到蒸馏水清洗后的氧化碳纤维；

④将步骤二③得到的蒸馏水清洗后的氧化碳纤维在温度为70℃～80℃的条件下干燥2h～4h，得到干燥后的氧化碳纤维；

⑤将步骤二④得到的干燥后的氧化碳纤维置于装有无水乙醇的索氏提取器中，在温度为90℃～100℃的条件下使用无水乙醇清洗氧化碳纤维，清洗时间为2h～4h，得到无水乙醇清洗的氧化的碳纤维；

⑥将步骤二⑤得到的无水乙醇清洗的氧化的碳纤维在温度为70℃～80℃的条件下干燥2h～4h，得到干燥的氧化碳纤维；

三、在超临界甲醇中吸附聚乙烯亚胺：

①、将无水甲醇置于容器中，然后再加入聚乙烯亚胺，得到聚乙烯亚胺和无水甲醇的混合液；将干燥的氧化碳纤维加入到聚乙烯亚胺和无水甲醇的混合液中，再将容器放入不锈钢釜中，封闭不锈钢釜；