[发明专利]一种聚苯胺修饰的碳纤维复合材料、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种兼具优异界面性能和电磁屏蔽性能的聚苯胺修饰的碳纤维复合材料、制备方法及其应用。对去浆以后的碳纤维进行氧气等离子体表面处理，再将氧化处理后的碳纤维加入到苯胺单体溶液中浸泡，加入引发剂以后通过原位化学氧化聚合的方法将聚苯胺纳米颗粒包覆到碳纤维的表面，将环氧树脂、固化剂、促进剂复合溶液对包覆聚苯胺后的碳纤维预浸，通过热压成型得到聚苯胺纳米颗粒修饰的碳纤维复合材料。本发明同时兼具优异的界面结合性能和电磁屏蔽性能，对于提高碳纤维复合材料的使用稳定性和多样性具有重要意义，制备中无需添加任何强酸或其他强氧化剂，对纤维本身伤害较小，整个原位聚合过程无毒无害，具有广泛的应用前景和巨大的应用优势。

技术领域

本发明属于碳纤维表面处理技术领域，具体涉及一种兼具优异界面性能和电磁屏蔽性能的聚苯胺修饰的碳纤维复合材料、制备方法及其应用。

背景技术

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)由于具有优异的力学性能、耐腐蚀性、结构可设计性、导电性等优点在航空、航天、航海等领域具有广泛的应用前景。然而，纯碳纤维表面光滑，呈化学惰性，作为结构增强材料的CFRP界面结合较弱，往往会发生界面剥离或纤维分层。作为功能材料的CFRP由于其结构简单、电导率低，往往表现出低的电磁波屏蔽和吸收性能(刑丽英，等.复合材料学报2020，37，50-56；王天玉，等.航空材料学报2008，28，46-49；孙占英，等.工程塑料应用2015，43，145-148；D.D.L.Chung.Materials Science andEngineering:R:Reports 2017，113，1-29)。

研究表明，施胶、表面接枝大分子、原位聚合等表面改性方法可以有效同时提高CFRP的界面性能和电磁屏蔽性能。这些具有丰富极性官能团和良好载流子运动能力的纳米颗粒包覆在碳纤维表面，一方面提高了纤维表面的润湿性和表面粗糙度，使纤维与树脂之间的化学相互作用和机械啮合作用增强；另一方面有利于产生更多的传导损耗和界面极化损耗，进而增强复合材料对入射电磁波的屏蔽和吸收性能。目前并未有成熟的技术制造出符合要求的碳纤维复合材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有碳纤维增强树脂基复合材料的制备后得到的复合材料性能达不到界面性能和电磁屏蔽性能的需求，其目的在于提供一种聚苯胺修饰的碳纤维复合材料、制备方法及其应用，该碳纤维复合材料、制备方法及其应用能够得到具有优异界面性能和导电性能的碳纤维增强体，与树脂基体复合，由此制备兼具优异界面性能和电磁屏蔽性能的碳纤维复合材料。

本发明通过下述技术方案实现：

一种聚苯胺修饰的碳纤维复合材料的制备方法，包括如下步骤：

第一步，对碳纤维在丙酮中浸泡，得到去浆以后的碳纤维；

第二步，对去浆以后的碳纤维进行氧气等离子体表面处理；

第三步，配制含掺杂剂的苯胺单体分散液，将第二步得到的碳纤维放入苯胺单体溶液中预浸；

第四步，将引发剂溶液与苯胺单体溶液混合，在碳纤维表面进行苯胺单体的原位聚合，时间为1-9h，温度为0～5℃；

第五步，将第四步聚合后的碳纤维进行冲洗、干燥，然后采用环氧树脂、固化剂、促进剂复合溶液进行预浸，通过热压成型得到聚苯胺修饰的碳纤维复合材料。