[发明专利]一种碳纤维表面处理剂及处理方法

说明书

本发明公开了一种碳纤维表面处理剂及处理方法，所述碳纤维表面处理剂，由油酸甘油酯、增韧剂、浸透剂、柔软剂、分散剂及去离子水组成，采用上述处理剂处理碳纤维原纱，可极大地提高碳纤维的集束性能，处理后碳纤维用于2.5D机织、3D编织、针织、穿刺、针刺或缝合成型的立体织物的制备，不易产生毛羽、乱纱、断头等现象，大大降低提高了碳纤维立体织物的制备效率及成型质量。

技术领域

本发明涉及碳纤维技术领域，具体涉及一种碳纤维表面处理剂及处理方法。

背景技术

随着碳纤维增强复合材料在航空航天、交通运输、民用建筑、生物医用和体育器材等领域的广泛应用，不仅要求复合材料具有很高的损伤容限和可靠性，同时对其结构完整性和适形性也提出了更高的要求。

立体织物以其整体性能好、适形性强等优点在复合材料中得到广泛的应用。立体织物的制备是对纤维束施加作用，使其按照特定规律在空间交织，形成设计空间立体形状的织物。然而，以高强度、高模量系列碳纤维为代表的纤维多为脆性材料，纤维集束性能差，在立体织物制备过程中易产生毛羽、乱纱、断头等现象，大大降低了立体织物的制备效率及成型质量。

现有碳纤维表面处理方法，都是针对树脂基复合材料而言，即在碳纤维表面发生一系列物理、化学反应，增加其表面形态的复杂化和极性基团的含量，从而提高碳纤维与基体树脂的界面性能，以期达到提高复合材料整体力学性能的目的，如：

中国专利CN110592927A公开了一种碳纤维的表面处理方法，该专利说明碳纤维与基体树脂的界面粘结性较差的问题，提出将选定的碳纤维进行低温等离子轰击处理；并且将处理过后的碳纤维加入到含酮溶液中进行浸泡处理；使用去离子水对浸泡过后的碳纤维进行反复清洗。本发明可以在碳纤维的表面明显增加含氧基团，增加碳纤维表面的粗糙程度，提升碳纤维与基体树脂的界面粘结性。

中国专利CN110777526A公开了一种碳纤维表面处理装置。装置中碳纤维表面的碳被活化，同时急剧升温后的碳纤维周围被溶液包裹，溶液防止空气对碳纤维的过度氧化，溶液中的水或者其他溶剂分子间的化学键断裂，在碳纤维表面生成活性含氧官能团，可改善碳纤维表面的惰性，将有利于碳纤维和树脂结合。

中国专利CN109868654A公开了一种水性环氧上浆剂及其制备方法。本发明克服了传统乳化环氧过程中由于粘度偏大带来的溶剂问题，所制备的上浆剂粒径在200nm以下，在碳纤维表面能够铺展均匀。通过该上浆剂上浆的碳纤维制备的环氧复合材料，层间剪切强度能够达到70MPa以上。但是，目前具有水溶性的树脂较少，而且相对于乳液型上浆剂，其乳液的稳定性较差，这些是水溶型上浆剂有待解决的问题。

发明内容

为解决现有碳纤维集束性能差，在立体织物制备过程中易产生毛羽、乱纱、断头等现象，从而导致立体织物的制备效率低及成型质量差的问题，本发明提供一种碳纤维表面处理剂及处理方法。

本发明采用的技术方案是：

一种碳纤维表面处理剂，由以下组分按质量百分比制备而成：

其余为去离子水。

优选所述增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或邻苯二甲酸二正辛酯中的至少一种。

优选所述浸透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚或顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠中的至少一种。

优选所述柔软剂为甘油或改性硅油。

优选所述分散剂为羟乙基纤维素、羟甲基纤维素或聚乙烯醇中的至少一种。

使用如上述碳纤维表面处理剂进行碳纤维表面处理的方法，包括：

A、表面处理剂的制备

1)将油酸甘油酯、增韧剂、浸透剂、柔软剂、分散剂、去离子水按设定比例混合得到混合溶液；