[发明专利]一种基于气相碳纳米管分散雾的定向碳纳米管改性碳纤维表面的接触端处理方法

说明书

本发明公开了一种基于气相碳纳米管分散雾的定向碳纳米管改性碳纤维表面的接触端处理方法，主要步骤为：(1)将碳纳米管、上浆剂、稀释剂均匀混合为半流质态；(2)将混合物通过脉冲电弧分散为气相碳纳米管雾；(3)将碳纤维靠近电弧的放电点；(4)使电弧放电点与碳纤维产生相对匀速移动；(5)再将碳纤维置于烘箱烘烤；(6)烘烤结束后将碳纤维冷却至室温即可完成碳纳米管改性碳纤维表面的接触端处理。

技术领域

本发明涉及新材料领域，特别是一种碳纳米管改性碳纤维表面的接触端处理方法。

背景技术

碳纤维作为新型碳材料的典型应用代表，以其优异的力学、电学及化学稳定性广泛应用于高端复合材料等的制造，成为特别是包括航空航天、轻量化装备、军事工业等在内的众多领域的重点研究对象，是当今先进制造及先进装备不可或缺的关键性材料。

碳纤维表面光滑，化学活性低；受此影响而造成易与复合材料基体发生脱粘的领域难题，为此以提高碳纤维表面粗糙度为代表的诸多技术被相继公开。其主要包括有电化学刻蚀、生长或附着微纳米颗粒等。其中，有技术将碳纳米管通过CVD技术生长于碳纤维表面或是将碳纳米管混入浆液中涂覆于碳纤维表面再或是将碳纳米管直接进行气相分散将其附着于碳纤维表面。上述通过碳纳米管改性碳纤维的技术中，均是利用碳纳米管具有较高长径比以及优异的力学性能，可极大增加碳纤维的表面粗糙度；但也均有各自不足：将碳纳米管通过CVD技术生长于碳纤维表面将对碳纤维内部结构造成不可逆转损坏且成本高昂无法规模化生产；将碳纳米管混入浆液中涂覆于碳纤维表面会在液体表面张力作用下不可避免的造成碳纳米管“倒伏”于碳纤维表面，将大为削弱其界面增强效果；将碳纳米管直接进行气相分散将其附着于碳纤维表面需要在碳纤维表面涂覆有足够厚度的树脂层(行业内一般称为上浆剂)来对碳纳米管起到粘连作用，但过厚的树脂层不利于碳纤维制品加工过程中的弯曲与软化，最终造成加工难度大和加工成本高等问题。

本发明使用到了一种碳纳米管的气相分散技术，如发明专利：201510963821.X，该技术可将碳纳米管分散为单根或少根形貌于空气之中。

发明内容

针对现有多元纳米材料分散技术的不足，本发明提供了一种基于气相碳纳米管分散雾的定向碳纳米管改性碳纤维表面的接触端处理方法，该方法可在碳纤维本体不引入额外上浆剂的基础上解决定向碳纳米管与碳纤维接触端的牢固粘连问题。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种基于气相碳纳米管分散雾的定向碳纳米管改性碳纤维表面的接触端处理方法，该方法包括以下步骤：

(1)将碳纳米管、上浆剂、稀释剂均匀混合为半流质态；

(2)将步骤(1)所述半流质态混合物通过脉冲电弧分散为气相碳纳米管雾；

(3)将正常的出厂碳纤维尽可能近的靠近步骤(2)所述的电弧的放电点即气相碳纳米管雾的产生点；

(4)通过移动步骤(3)所述碳纤维或移动步骤(2)、(3)所述电弧的放电点使电弧放电点与碳纤维产生相对匀速移动，放电点在碳纤维上的垂直投影须通过待处理碳纤维的全部长度；

(5)将步骤(4)处理完的碳纤维置于烘箱烘烤；

(6)步骤(5)所述烘烤结束后将碳纤维冷却至室温即可完成碳纳米管改性碳纤维表面的接触端处理。

作为本发明的进一步改进，所述“上浆剂”为碳纤维出厂时为方便集束所普遍采用的一种树脂溶液或乳液，其具体配方与碳纤维出厂时所涂覆的上浆剂配方一致。

作为本发明的进一步改进，所述“稀释剂”一般为与“上浆剂”溶剂一致或相溶的液体，水性上浆剂可采用水或去离子水作为稀释剂，其目的为在电弧放电中汽化作为分散工质以及吸收热量来保护上浆剂组分避免其分解。