[发明专利]酸化辅助电泳沉积引发氧化石墨烯沉积改性碳纤维的方法

说明书

技术领域

本发明属于碳纤维表面改性技术领域，涉及一种酸化辅助电泳沉积引发氧化石墨 烯沉积改性碳纤维的方法。

背景技术

碳纤维是指经高温碳化，含碳量超过85％以上的纤维材料，包括碳素纤维和石墨 纤维。碳素纤维是有机纤维经1000～2300℃处理后，含碳量为85％～95％的纤维；石墨 纤维是有机纤维经2300℃以上处理，含碳量在98％以上的纤维，碳纤维作为一种高性 能纤维，因具有比强度高、比模量高、热膨胀系数小、摩擦系数低、耐低温性能良好 等特性而成为近年来树脂基复合材料最重要的增强材料，被广泛应用在航空航天构件 和体育用品中。碳纤维表面呈惰性，比表面积小，边缘活性碳原子少，表面能低和树 脂浸润性及两相界面粘结性差，复合材料层间剪切强度(InterlaminarShearing Strength,ILSS)低。从而影响复合材料综合性能的发挥，制约了碳纤维在先进复合材料 领域的进一步推广应用。为了改善碳纤维增强树脂基复合材料的性能，须对碳纤维表 面进行改性，以提高碳纤维与其他材料的粘结能力。

为改善碳纤维与树脂基体等的黏合性、提高复合材料的层间剪切力而须进行的表 面处理。目的是增加碳纤维的极性基团如羧基、羰基和内酯等官能团，增加表面积， 提高与树脂基体的浸润性和黏合力。当前对碳纤维表面进行改性的方法较多，主要包 括(1)液相氧化法(2)等离子体处理法(3)阳极电解或电沉积处理法(4)臭氧处理法(5)气相 氧化法(6)表面高能辐射法(7)共聚改性法以及偶联剂处理法等。这些方法都能基 本满足碳纤维表面性能改性需要，但是存在工艺较为复杂，处理时间长，表面改性不 均匀等问题。

碳纤维作为优良的复合材料增强材料，在其实际应用过程中，为了修补缺陷，进 一步提高性能，并满足不同的使用需求，经常会在碳纤维表面沉积新的材料。

氧化石墨烯这种材料具有已知材料中最好的强度，优异的导电性和导热性，目前 现有的电泳沉积处理碳纤维表面改性技术专利没有涉及酸化辅助电泳沉积引发氧化石 墨烯沉积改性碳纤维的方法。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种酸化辅助电泳沉积引发氧化石墨 烯沉积改性碳纤维的方法，采用氧化石墨烯作为碳纤维的表面改性材料，将酸化预处 理碳纤维通过电泳沉积引发氧化石墨烯沉积改性，可以形成高性能的复合材料，本发 明成本低，操作简单，适用性强。

技术方案

一种酸化辅助电泳沉积引发氧化石墨烯沉积改性碳纤维的方法，其特征在于步骤 如下：

步骤1：对碳纤维进行表面脱浆处理；

步骤2：将处理后的碳纤维放入浓度30％的双氧水中80-90℃水浴回流1-3h，过滤 后，去离子水反复清洗后放入浓度50％-70％的浓硝酸中，60-80℃水浴回流1-3h，过 滤后，去离子水反复清洗后干燥处理，得到经酸化预处理的碳纤维；

步骤3：将氧化石墨烯加入去离子水，超声处理10-50min，得氧化石墨烯浓度为 0.02-1g/L的氧化石墨烯水溶液；

步骤4：将氧化石墨烯水溶液作为电泳沉积液，碳纤维连接电源正极置于电泳沉 积池中进行电泳沉积；电泳沉积时的直流电源输出电压为5-25V，将电泳沉积后的碳 纤维干燥处理。

所述步骤1的脱浆处理是：将碳纤维放入丙酮溶液中，在70℃恒温条件下反应24h， 使用无水乙醇和去离子水交替清洗数次，再将洗涤后的碳纤维干燥处理。

所述步骤4电泳沉积的电源正极极片为碳或铜电极。

所述步骤4电泳沉积的电源负极极片为石墨电极。

所述步骤3电泳沉积直流电源输出电压为5V、10V、15V或20V。

所述碳纤维为单向长纤维布、双向编织纤维布、无规短纤维中的任一种或其多种 组合。