[发明专利]一种通过开环加成反应在碳纤维表面接枝纳米二氧化硅的方法

说明书

一种通过开环加成反应在碳纤维表面接枝纳米二氧化硅的方法，它一种碳纤维表面改性的方法。本发明的目的是要解决现有碳纤维的热氧化性及界面强度低的问题。方法：一、碳纤维抽提处理；二、碳纤维氧化处理；三、碳纤维接枝KH550；四、改性纳米二氧化硅的制备；五、开环加成反应接枝纳米二氧化硅，得到表面接枝纳米SiO₂的碳纤维。本发明使用偶联剂之间的交叉反应法，在碳纤维和纳米SiO₂上分别接枝不同种类且可以互相反应的偶联剂，利用偶联剂反应所形成的化学键，将碳纤维和纳米SiO₂有机的结合在一起，消除之前单纯偶联剂接枝的缺点与不足，更好的提高碳纤维与树脂基的界面性能。本发明适用于碳纤维表面改性。

技术领域

本发明涉及一种碳纤维表面改性的方法。

背景技术

现如今最富强民国的行业，当属材料行业。材料作为一切行业的基础，在促进国民经济水平和提高综合国力方面有着不可替代的重要作用。相较于比较成熟的金属材料，纤维树脂类材料具有强度高、硬度强、质量轻、密度小、耐腐蚀和抗疲劳等特点。广泛运用到航空、航天、军事工业、汽车等高精尖领域，随着近些年的逐步发展，纤维树脂材料也逐渐应用于我们的日常生活。

碳纤维的表面通常存在许多缺陷，通过对碳纤维表面进行改性处理，让其表面的光滑程度下降，增加其比表面积，或者通过化学方法，让其表面增加更多的活性基团。从而使其更好的与基体材料结合发挥碳纤维本来高强度、高硬度的特点，发挥其优异的力学性能。目前，国内外采用的碳纤维表面改性方法主要包括化学氧化、偶联剂涂层、溶胶-凝胶法、化学接枝法、“Grafting-to”技术等。

碳纤维因其轻质高强的优点在工业上被广泛使用在高尖端行业中，但其较差的热氧化性及低界面强度，限制了碳纤维复合材料在航空航天领域的发展。

发明内容

本发明的目的是要解决现有碳纤维的热氧化性及界面强度低的问题，而提供一种通过开环加成反应在碳纤维表面接枝纳米二氧化硅的方法。

本发明一种通过开环加成反应在碳纤维表面接枝纳米二氧化硅的方法，是按以下步骤完成的：

一、碳纤维抽提处理：将碳纤维置于索氏抽提器中，再以丙酮为清洗剂加热回流清洗，取出碳纤维后再真空恒温烘干至恒重，得到抽提处理后的碳纤维；

二、碳纤维氧化处理：

①、将AgNO₃和K₂S₂O₃溶解到去离子水中，得到黑色混合溶液；

②、将抽提处理后的碳纤维浸入到黑色混合溶液中，再加热反应至黑色混合溶液变为无色透明溶液，再将碳纤维取出后干燥，得到氧化处理的碳纤维；

三、碳纤维接枝KH550：

将硅烷偶联剂KH-550和无水乙醇混合均匀，得到硅烷偶联剂KH-550无水乙醇溶液；将氧化处理的碳纤维浸入到硅烷偶联剂KH-550无水乙醇溶液中，再在磁力搅拌下冷凝回流反应，再将碳纤维取出后使用无水乙醇清洗2～3次，再在真空恒温烘干箱内烘干至恒重，得到接枝KH550的碳纤维；

步骤三中硅烷偶联剂KH-550与无水乙醇的体积比为5:95；

四、改性纳米二氧化硅的制备：

将SiO₂加入到无水乙醇中，再进行超声，得到均匀的悬浮液；向均匀的悬浮液中加入硅烷偶联剂KH-560，得到反应液；将反应液转移至油浴锅中，再在磁力搅拌下进行冷凝回流反应，得到反应产物；以无水乙醇为清洗剂对反应产物离心清洗，再放入恒温烘干箱内干燥，得到硅烷偶联剂KH-560改性的二氧化硅；

步骤四中所述的均匀的悬浮液中SiO₂的质量分数4％～8％；