[发明专利]一种连续碳纤维防氧化防吸水的防护方法

说明书

一种连续碳纤维防氧化防吸水的防护方法，所述碳纤维外表设有包覆层，所述包覆层包括第一包覆层、第二包覆层，所述包覆层为热塑性材料，所述第二包覆层包覆在第一包覆层外，所述第一包覆层和第二包覆层二是同轴结构。

技术领域

本发明涉及一种连续碳纤维防氧化防吸水的防护方法。

背景技术

碳纤维是一种纤维状碳材料，它的强度比钢大、密度比铝小、在真空条件下比耐热钢还耐高温、具有与铜相近的导电性的纤维，是在电学、热学和力学性能方面都具有独特性能的新型材料。

由于碳纤本身良好的机械、电学和化学性能，碳纤维在许多领域都具有潜在的应用前景。碳纤维的单支组成包括两种直径：7微米和9微米。通常使用的碳纤维通常是多个单支碳纤维的集合体，由多个碳纤维复合在一起。碳纤维本质上是一种高性能的碳基材料，在实质上仍然具有碳的特性，如在空气中高温下易于氧化、燃烧，易于吸水，而且一旦吸水或者氧化，其机械性能和电学性能都会严重下降。所以在实际应用中碳纤维通常是与树脂或者金属做成树脂基复合材料或者金属基复合材料，经过结构优化后，满足机械或者电力应用的需要。长春工业大学李红龙的硕士论文《改性酚醛树脂碳纤维复合材料的制备及其性能的研究》就报道了改性酚醛碳纤维复合材料的制备和性能，在酚醛树脂中添加2～3％的碳纤维既可改善酚醛树脂的导电性(2017年6月，长春工业大学硕士论文)。

虽然碳纤维具有一定的导电性，但是实际应用中其导电性仍然要弱于铜等金属材料，为了改善碳纤维的导电性，中国民航飞行工程学院研究了碳纤维镀铜对其性能的改善，结果表明在碳纤维表明镀铜后，其导电性大大提高，可以用于飞机的防雷击(梁科,张华东,秦文峰.碳纤维复合材料金属铜涂层的制备及其导电性能研究[J].玻璃钢/复合材料,2016(05):61-64)。杨忠等研究了不同碳纤维增强环氧树脂复合材料的导电性能，证明当纤维布搭接面积增大时其导电性也逐渐增加(杨忠,薛浩鹏.不同碳纤维增强环氧树脂复合材料导电性能研究[J].天津科技,2017,44(07):63-64+67)。天津大学王睿研究了碳纤维表面进行金属化应用于电池屏蔽的技术，结果表明在碳纤维表面连续化镀镍之后，该复合材料满足了电磁屏蔽的需要(王睿.连续碳纤维表面金属化及其复合材料电磁屏蔽性能研究[D].天津大学,2012.)

碳纤维具有较好的导电性，因此热性能和电性能一直是大家关注的重点，唐明静等研究了熔融共混法制备的聚醚醚酮/碳纤维(PEEK/CF)复合材料的热性能和电性能，结果表明随着碳纤维质量分数增加到10％,复合材料导电性能呈现出逾渗效应,但是逾渗值较高,在经过热处理后,碳纤维含量较高的复合材料电阻率呈现上升趋势(唐明静,邓建国,贺江平,罗世凯.聚醚醚酮/碳纤维复合材料热性能和电性能的研究[J].塑料工业,2009,37(04):53-56.)。国防科技大学丁海滨研究了碳纤维电热复合材料在风力发电叶片抗冰及高寒地区武器装备除冰保温需求，证明碳纤维在复合材料中具有较好的性能(丁海滨.碳纤维电热复合材料制备与性能研究[D].国防科学技术大学,2014.)。北京化工大学陈彤研究了热塑性导电复合材料的加工工艺，指出注塑机螺杆转速、注塑压力、保压压力等工艺参数对该复合材料体积电阻率都有影响(陈彤.导电性热塑性复合材料的研究[D].北京化工大学,2015.)。

已有的研究结果表明，碳纤维可以制备热塑性和热固性复合材料用于加热器件，这些材料中碳纤维作为填料或者增强材料，一般都是采用短切纤维或者纤维毡进行使用。碳纤维作为连续性纤维如果改为短切纤维或纤维毡进行使用需要进行短切加工，这增加了加工难度和工艺复杂性，如果能够直接使用连续纤维进行加热将大大降低工艺复杂性，减低加工难度，同时还保持了碳纤维的连续性，有利于提高器件的强度和韧性。但是连续碳纤维在使用过程中如果在空气或其它氧化性气氛条件下使用时，易于受到氧化或者吸附空气中的水分，从而导致碳纤维的性能大大降低，同时也降低了碳纤维的寿命。如何防止碳纤维受到氧化性气氛以及水等其它污染物的腐蚀，保证良好的机械和电学性能以及化学稳定性，就成为碳纤维应用中需要克服的一大难题。