[发明专利]一种碳布表面均匀生长碳纳米管前期的表面处理方法

说明书

本发明涉及一种碳布表面均匀生长碳纳米管前期的表面处理方法，属于碳布表面改性领域。本发明的制备方法包括以下步骤：步骤1：将商业碳布放入CVD炉中，高温下去除表面上浆剂，得到脱浆碳布。步骤2：将脱浆碳布浸渍于20％‑45％的H₂O₂溶液中，放于烘箱中加热至70‑90℃，保温1‑2h。清洗并烘干得到表面处理后的碳布。步骤3：将步骤2中得到的碳布平铺于0.05mol/L的Co(NO₃)₂的乙醇溶液中，浸渍10min，然后放入烘箱中烘干。步骤4：将步骤3中加载Co(NO₃)₂的碳布放于CVD炉中，将炉压抽至真空后，在高纯N₂保护下将炉温升至500‑600℃后，通入C₂H₂、H₂与N₂的混合气体保温3‑20min后，关闭C₂H₂与H₂，在N₂的保护下冷却至室温后取出样品。本发明能提高碳布表面含氧官能团量，从而提高碳布表面生长CNTs的均匀性。

技术领域

本发明涉及碳布表面改性领域，特别是指一种H₂O₂溶液改性碳布的表面处理方法。

背景技术

碳布轻质并具有高比强度、高比刚度、优异的耐腐蚀性、耐环境性以及出色的可设计性等独特的性能组合使其成为航空航天、汽车船舶、武器装备与民用基础设施等诸多领域中结构材料的理想选择。CNTs独特的管状石墨结构与纳米尺寸，高比表面积与纵横比，优异的机械性能、电性能、热性能以及与聚合物良好的相容性等，使CVD法制备CNTs/碳布多尺度增强体成为当前研究热点。但是碳布的编织单元—碳纤维具有非极性表面的结晶石墨基面和由于制造过程中的高温碳化/石墨化步骤而产生的化学惰性，过量的平滑性、极小的表面极性与严重不足的反应性官能团将导致其表面生长的CNTs不均匀，同时其与CNTs之间出现弱结合，使CNTs/碳布多尺度增强体的机械性能下降。因此在碳布表面生长CNTs之前预先对其进行表面改性处理，提高其表面粗糙度与含氧官能团量，使其表面生长的CNTs均匀性增加，同时增强其与CNTs之间的结合力，使CNTs/碳布多尺度增强体的机械性能不降低。

杨君等人(复合材料用碳纤维的表面硝酸液相处理[J].当代化工,2015(10):2289-2293.)用硝酸作为表面改性剂，对碳纤维进行改性处理。使碳纤维表面变得粗糙且含氧官能团量增加。但是，硝酸作为强酸，处理过程危险，且对碳纤维表面的刻蚀程度较大，影响纤维自身高性能的发挥。

中国专利CN105839389A公开了一种碳纤维织布的处理方法。碳纤维织布置入辉光等离子体处理机中，进行低温低压氮离子处理，得到处理后的碳纤维织布。此方法对处理设备要求高，处理工艺复杂，操作可行性差。

现有技术中对碳布表面处理的方法不多，而且在仅有的方法中，对处理设备的要求比较高、工艺复杂、且对碳布的损伤程度较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简单、成本低、安全性高、对碳布性能损伤程度小的碳布表面处理方法。这种方法能克服现有技术的不足，解决现有处理工艺对处理设备的要求比较高、工艺复杂、且对碳布的损伤程度较大的缺点。增加碳布的表面粗糙度和含氧官能团量，最终提高碳布表面生长CNTs的均匀性。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种碳布表面均匀生长碳纳米管前期的表面处理方法，包括：

对碳布进行高温脱浆处理，得脱浆碳布；

采用双氧水在一定温度下对上述脱浆碳布进行表面氧化处理，得表面处理后的碳布；

在上述表面处理后的碳布负载上金属催化剂，通过气相沉积法CVD在其表面均匀长上一层CNTs，即得CNTs/碳布增强体。