[发明专利]一种碳纤维表面处理的方法

说明书

本发明公开了一种碳纤维表面处理的方法。它包括以下步骤：A、将碳纤维原料制备成纺丝原液，并将采用纺丝原液进行纺丝制备的PAN基原丝直接进行预氧化处理或将几束纤维合并后再进行预氧化处理，得到预氧化纤维；B、将预氧化纤维低温碳化，然后再进行高温碳化后获得表面未处理的碳纤维束丝；C、在浸渍槽中将碳纤维束丝在电解液中浸渍，使电解液在碳纤维束丝内部充分渗透；D、在电解槽中将浸渍后的碳纤维束丝进行表面电解处理。优点是：消除了碳纤维束丝内外部单丝表面处理程度的差异，改善了碳纤维与基体树脂间的亲和性，从而提高碳纤维复合材料的综合性能，具有工艺设备简单、处理效率高、处理效果好，并且对环境基本无污染。

技术领域

本发明涉及一种碳纤维生产过程中的后处理工艺，具体涉及一种碳纤维表面处理的方法，属于新型材料生产技术领域。

背景技术

碳纤维是利用有机纤维经过预氧化、低温碳化和高温碳化等工艺过程制得的其含碳量在90％以上的一种新型碳材料，它具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、抗蠕变、低热膨胀、高导电和导热、自润滑等一系列优异性能；而且作为纤维还具有柔软性和可编、可纺织性，被广泛应用于航天航空、国防军事等尖端领域以及高级体育休闲用品、医疗器械等民用工业，成为先进复合材料的主要增强体之一，被誉为21 世纪中最有生命力的新型材料。

一般来说，碳纤维需要与热塑性、热固性等基体树脂复合，以复合材料的形式进行应用，在碳纤维复合材料生产和使用过程中，为了能够有效地发挥碳纤维的强度、模量等性能，需要碳纤维与基体树脂之间具有牢固的结合，因此，在碳纤维生产制造过程中，作为后处理工艺，通常都会通过阳极氧化法对碳纤维的表面进行处理以形成亲水性官能团，使碳纤维表面由憎水性转变为亲水性，提高碳纤维与基体树脂的复合性能。

在碳纤维生产过程中，碳纤维均以束丝形式在生产线上进行生产，其丝束规格常用范围为1K～50K；同时，在碳纤维生产过程中的后处理阶段，碳纤维属于刚性材料，为了保证其可通过性，碳纤维束丝一般在较高的张力下运行，因此要使碳纤维束丝内的每一根单丝都得到均一的表面处理就成为一个问题，也就是说碳纤维束丝的张力大，在表面处理过程中，电解液难以渗透到纤维束的内部，因此相对于碳纤维束丝的外部，其内部的单丝达到同等程度的表面处理效果就更加困难；这样以来，所形成的碳纤维束丝中的内外单丝表面处理程度不均一，在与基体树脂进行复合时，表面处理程度低的单丝与树脂的亲和性就差，从而容易剥离脱落，降低碳纤维复合材料的性能。

为了使碳纤维束丝内部的单丝表面与基体树脂也具有良好的亲和性，就考虑对碳纤维束丝进行更高强度的表面处理，这样以来，不仅加剧了上文所述的表面处理程度不均一的现象，而且由于碳纤维束丝外部的单丝过度氧化，在纤维的表面形成缺陷，同样降低碳纤维复合材料的性能。

近年来，随着碳纤维生产和应用技术的提高，碳纤维在军品和民品两个市场得到广泛应用，应市场需求，为了降低生产成本，正逐步大量使用大丝束的碳纤维，这样以来上述问题就进一步放大，因此，消除碳纤维束丝在碳纤维表面处理过程中丝束内外单丝表面处理程度的差异，是关系到碳纤维复合材料性能提高的重要课题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够消除碳纤维束丝在碳纤维表面处理过程中丝束内外单丝表面处理程度的差异，提高碳纤维复合材料性能的碳纤维表面处理的方法。

为了解决上述技术问题，本发明的碳纤维表面处理的方法，包括以下步骤：

A、将碳纤维原料制备成纺丝原液，并将采用纺丝原液进行纺丝制备的PAN基原丝直接进行预氧化处理或将几束纤维合并后再进行预氧化处理，得到预氧化纤维；

B、将预氧化纤维在300～1000℃的氮气气氛中，施以牵伸并进行低温碳化，然后在最高温度1200～1800℃的氮气气氛中，再进行高温碳化后获得表面未处理的碳纤维束丝；

C、在浸渍槽中将碳纤维束丝在酸性或碱性水溶液所组成的电解液中浸渍，浸渍时间为5s以上使电解液在碳纤维束丝内部充分渗透；