[发明专利]一种碳纤维表面络合改性方法

说明书

本发明提供了一种碳纤维表面通过络合作用改性的方法，属于表面改性方法技术领域。所述方法包括：将碳纤维浸入pH为7‑10的含有多酚的缓冲溶液中，常温处理12‑48h后洗涤得到产物1，同时将氧化石墨烯加入pH为7‑10的含有多酚的缓冲溶液中，常温处理12‑48h后取上清液，得到溶液2，将产物1浸没在过渡金属离子溶液30‑60min再浸没在溶液2中30‑60min得到最终产物。本发明采用的原料绿色环保，且反应条件温和，工艺简单，时效短，应用本发明方法制得的改性后的碳纤维表面润湿性和结合性好，与树脂基体的界面强度高。

技术领域

本发明属于碳纤维材料技术领域，具体涉及一种碳纤维表面络合改性方法。

背景技术

碳纤维(CF)是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料，它具有许多优良性能，碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好等，因此，适用于作为增强材料与树脂、金属、陶瓷及炭等复合，制造先进复合材料。但是，由于碳纤维表面惰性大、表面能低，缺乏有化学活性的官能团，反应活性低，与基体的粘结性差，界面中存在较多的缺陷，直接影响了复合材料的力学性能，限制了碳纤维高性能的发挥。因此需要对碳纤维表面进行改性处理，以提高其对基体的浸润性和粘结性，改善界面性能，进而提高复合材料的力学性能。

针对碳纤维表面存在的诸多缺陷，本领域技术人员已经提出了多种对碳纤维表面改性的方法，但这些方法仍存在一定的缺点。例如，等离子体处理对装置要求很高，处理过程中浓度因素等难以控制，只适用于实验室研究；液相氧化处理氧化时间难以控制，时间过长会导致碳纤维力学性能下降；电化学处理对电能的消耗非常大，并且电解液难以处理，污染环境；辐照处理对设备要求高，耗能高，不符合绿色化学理念。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳纤维表面通过络合改性方法，可以在不破坏碳纤维强度的前提下增加活性基团，提高表面极性，增强碳纤维树脂复合材料的界面性能。

本发明的技术方案如下：

一种碳纤维表面络合改性方法，优选地，包括以下步骤：

将碳纤维浸入pH值7-10的溶有多酚的缓冲液中，在常温下搅拌12-48h后，用去离子水反复洗涤2-10min得到产物1；

将氧化石墨烯加入pH值7-10的溶有多酚的缓冲液中，在常温下搅拌12-48h后，取上层清液，得到溶液2；

将产物1浸没在含过渡金属离子的溶液中30-60min后，再浸没在溶液2中30-60min，进行洗涤、烘干，得到改性后的碳纤维。

优选地，所述碳纤维为大丝束碳纤维或小丝束碳纤维。

优选地，所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维或石墨碳纤维中的一种。

优选地，所述多酚为含有邻苯二酚或邻苯三酚结构的分子。

优选地，所述多酚为邻苯二酚、邻苯三酚、没食子酸、单宁酸、儿茶素、桑色素或芦丁中的一种或两种以上以任意比例混合。

优选地，所述碳纤维和氧化石墨烯的质量比为1：0.5-1。

优选地，所述缓冲液为三羟甲基氨基甲烷水溶液，所述多酚在缓冲液中的浓度为0.5mg/mL-10mg/mL。

优选地，所述溶有多酚的缓冲液的pH为8.5。

优选地，所述过渡金属离子为三价铁离子、钴离子或镍离子中的一种，所述过渡金属离子的浓度为10mg/mL-50mg/mL。

优选地，所述洗涤、烘干的具体操作流程包括：使用去离子水洗涤至中性，再在40℃-80℃下真空干燥12-24h。

本发明的有益效果：