[发明专利]一种基于电聚合技术制备彩色碳纤维材料的方法

说明书

本发明公开一种基于电聚合技术制备彩色碳纤维材料的方法，涉及碳纤维技术领域，由于碳纤维化学组成、结构特点的原因，自身呈现黑色，且表面能低，表面难以改性，以及普通油墨、涂料难以涂覆赋色等问题而提出的，本发明包括以下步骤：(1)碳纤维表面清洗处理；(2)电聚合色墨体系的制备；(3)电聚合过程；(4)纤维经电聚合后处理。本发明的有益效果在于：利用电聚合技术对碳纤维表面进行改性，并可以制备彩色碳纤维，赋予碳纤维各种颜色，拓宽其应用领域，且制备工艺、操作简单。

技术领域

本发明涉及碳纤维材料技术领域，具体涉及一种基于电聚合技术制备彩色碳纤维材料的方法。

背景技术

碳纤维是由片状石墨微晶等有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的、含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维。它具有许多优良性能，其轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好，良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等，是新一代增强纤维，在国防军工和民用方面都是重要材料。

碳纤维由于是石墨化纤维，具有碳材料的固有本征特性，比如在颜色上只呈现单一的黑色，如果想获得其他颜色的碳纤维产品，只能给碳纤维复合材料表面进行喷漆覆盖处理，而漆膜在颜色覆盖、与复合材料表面的附着、漆膜本身的力学性能等都会影响碳纤维复合材料的使用性能，这使得碳纤维材料在民用方面受到了一些限制。

由于碳纤维几乎是由碳组成的材料，表面能低，与其他材料界面结合性能差，且碳纤维直径小，用表面涂装的方法改变其颜色存在诸多问题：色漆难以固着在其表面，结合力差；传统涂覆方法漆膜厚，改变碳纤维的尺寸以及纤维的性能；难以均匀涂覆，操作工艺复杂……因此，由于种种原因，碳纤维表面改性技术一直处于空白状态，彩色碳纤维的制备也一直处于空白状态。

发明内容

本发明所要解决的问题在于碳纤维表面改性以及赋予多彩颜色，同时改善碳纤维表面性能，拓宽碳纤维的应用领域。

本发明是采用以下技术方案解决上述技术问题的：一种基于电聚合技术制备彩色碳纤维材料的方法，包括以下步骤：

(1)碳纤维表面清洗处理：将碳纤维丝束清洗除杂并干燥；

(2)彩色电聚合体系的制备：取单体，色粉，加入引发剂，混合搅拌均匀；

(3)电聚合过程：将步骤(1)中处理过的碳纤维丝束制成丝状碳纤维，将丝状碳纤维的一端集中固定在电源阳极，另一端浸入步骤(2)中制备好的电聚合体系中，阴极采用石墨电极，进行电聚合；

(4)纤维电聚合后处理：将电聚合后的纤维进行清洗并干燥。

优选的，所述步骤(1)中将碳纤维丝束浸泡于去离子水中进行超声波清洗后，采用丙酮进行回流清洗，随后用蒸馏水洗净后干燥。

优选的，所述单体为环氧类单体、乙烯基醚类单体、环氧树脂、氧杂环丁烷、噻吩及其衍生物、吡咯及其衍生物、吡啶及其衍生物、苯胺及其衍生物中的一种或者多种。

优选的，所述环氧类单体为脂肪族环氧单体、缩水甘油醚类环氧单体和缩水甘油酯类环氧单体中的一种或多种。

优选的，所述乙烯基醚类单体为环氧丙烷苄基醚、环氧丙烷苯基醚、丙烯基缩水甘油醚、乙二醇双缩水甘油醚，1,4-丁二醇双缩水甘油醚、乙二醇双乙烯基醚中的一种或多种。

优选的，所述环氧树脂为缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、脂环族环氧树脂、双酚A型环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂、溴化环氧树脂、有机硅改性环氧树脂、有机磷环氧树脂、聚氨酯环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、酚醛环氧树脂中的一种或多种。

优选的，所述色粉为有机染料、无机染料、有机颜料或无机颜料中的一种或几种混合。