[发明专利]一种碳纤维表面改性方法

说明书

本发明公开了一种碳纤维表面改性方法，包含以下步骤：（1）纳米钛粉、纳米铝粉和氯化钠、氯化钾、酚醛树脂混合；（2）将碳纤维包埋在上述混合粉体中；（3）将步骤（2）包埋物置于管式炉内，惰性气氛保护下进行碳化，然后自然冷却；（4）将步骤（3）所得碳纤维用去离子水清洗，并真空烘干；（5）将步骤（4）所得碳纤维用氟化锂和盐酸混合溶液浸泡，然后用去离子水清洗，得到改性后的碳纤维。本发明提供的碳纤维改性技术，明显改善了纤维和基体的结合性能，起到很好的增强效果。与聚合物或偶联剂涂层方法相比，适用温度大幅度提升，最高适用温度900℃。同时，复合材料的层间剪切强度提高了20‑30%。

技术领域

本发明属于材料改性领域，具体涉及一种碳纤维表面改性方法。

背景技术

自20世纪60年代以来，碳纤维作为现代科学技术中最重要的工业材料之一被开发出来。因其具有高比强度和模量、低密度和热膨胀、耐热性、化学稳定性等优异的性能，目前碳纤维增强塑料(CFRP)广泛应用于航空、航天、体育用品、新能源等行业。

碳纤维和基体之间的界面，在复合材料中起到传递载荷的作用，决定着CFRP的最终性能。但是由于碳纤维表面光滑并且表面能较低，难以和树脂基体性能良好的机械嵌合和化学键合。所以，必须对碳纤维表面进行改性处理，增加碳纤维的表面极性，提高碳纤维与树脂之间的润湿性，促进化学键合，从而提高CFRP的整体机械性能。

目前对碳纤维表面改性主要有氧化法、涂层法和表面枝接等方法。氧化法是利用氧化性气体或者氧化性溶液对碳纤维表面进行氧化处理，使其表面产生含氧官能团，增加碳纤维表面极性。涂层法是利用聚合物或者偶联剂作为中间媒介，提高碳纤维和树脂基体的界面强度。表面枝接法主要是利用化学气相沉积等方法，在碳纤维表面枝接晶须、纳米管、纳米棒、纳米片等，促进纤维和树脂的结合。其中涂层法在工业中应用较为普遍，界面相厚度和状态容易控制。但是因为涂层法目前主要利用聚合物或者偶联剂，使得复合材料在高温领域的应用受到限制。

发明内容

为了解决上述问题，针对现有碳纤维表面处理技术的不足，本发明提供一种耐高温、结合性能良好的碳纤维表面处理方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种碳纤维表面改性方法，包含以下步骤：

步骤一：纳米钛粉、纳米铝粉和氯化钠、氯化钾、酚醛树脂按一定质量比例进行混合；

步骤二：将直径5-10微米碳纤维包埋在上述混合粉体中；

步骤三：将步骤二包埋物置于管式炉内，惰性气氛保护下进行碳化，碳化温度900℃，时间60分钟，然后自然冷却；

步骤四：将步骤三所得碳纤维用去离子水清洗，并真空烘干；

步骤五：将步骤四所得碳纤维用一定浓度的氟化锂和盐酸混合溶液浸泡10分钟-60分钟，然后用去离子水清洗，得到改性后的碳纤维。

优选地，步骤一中各物质的质量比例分别为纳米钛粉45-50份、纳米铝粉25-30份、氯化钠25-30份、氯化钾15-20份、酚醛树脂5-10份。

优选地，步骤一种纳米钛粉和纳米铝粉的平均直径均为10nm-800nm。

优选地，步骤二中惰性气体为氮气或氩气。

优选地，步骤五中氟化锂的质量浓度为10%-40%，盐酸的质量浓度10%-40%

优选地，步骤五中去离子水清洗至清洗液pH值大于5。

有益效果

与现有技术相比，本发明提供的碳纤维改性技术优异性在于：