[发明专利]一种碳纤维的制备方法

说明书

本发明提供了一种碳纤维的制备方法，包括如下步骤：牵引碳化温度为1000‑1400℃的连续碳纤维开卷后在所述连续碳纤维表面沉积纳米镍颗粒，然后进行不完全干燥，对所述连续碳纤维进行石墨化处理，最后经阳极氧化处理，即可得到表面具有圆形孔并且接枝有含氧官能团的碳纤维。

技术领域

本发明属于沥青基炭纤维制备技术领域，具体涉及一种碳纤维表面处理方法。

背景技术

由于具有比强度、比模量高，导电、导热性能优异，耐高温、抗蠕变、耐腐蚀等一系列优异的性能，碳纤维已然成为极其重要的战略物资之一。其长纤或短纤被广泛的应用为增强填料，制备出综合性能优良的复合材料，并大量应用于在航天航空、军事、海上石油、建筑、文体、工业与运输等领域。

但经高温处理(1000-3000℃)处理的碳纤维，往往表现出较强的表面惰性，使得其与树脂基体界面结合性差，严重影响其优异性能的发挥，进而使得制备出的复合材料性能难以达到要求。为了解决上述问题，需对碳纤维进行表面处理。通过改变其表面形态结构(表面粗糙度、比表面积)、表面官能团(羟基、羧基)等表面物理、化学结构参数，改善碳纤维与基体的结合的结合状态，进而提高复合材料的综合性能。

传统碳纤维表面处理方法很多，主要有液相氧化、电解阳极氧化以及气相氧化、等离子体氧化法等方法。液相氧化方法(USP3413094)，工艺较为复杂，处理时间长，不可能与碳纤维生产线相匹配，通常多用于实验室研究机理或间歇式表面处理。气相氧化法多采用氧气或者臭氧等反应气，反应激烈，不易控制，常因深度氧化而使碳纤维严重失重，导致其强度下降(USP3476703)，工业化应用较少。

电解阳极氧化法能在较短时间内提升纤维表面活性官能团数量，在一定程度上提升复合材料的层剪性能，但要达到明显的刻蚀效果，需要在较高电流下工作，耗能高，对设备损伤大。等离子氧化法有较好的氧化刻蚀效果，但在碳纤维生产过程中这些低温等离子设备产生的高压低温等离子体会使碳纤维导电，会使现场工作人员有触电危险。碳纤维生产过程中的碳纤维碎末粉尘会使这些设备产生短路，使设备停止工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用低阳极氧化电流制备高表面活性碳纤维的方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种碳纤维的制备方法，包括如下步骤：

牵引碳化温度为1000-1400℃的连续碳纤维开卷后在所述连续碳纤维表面沉积纳米镍颗粒，然后进行不完全干燥，对所述连续碳纤维进行石墨化处理，最后经阳极氧化处理，即可得到表面具有圆形孔并且接枝有含氧官能团的碳纤维。

所述含氧官能团包括羟基或羧基。

所述镍纳米颗粒的直径为5-50nm；

所述沉积纳米镍颗粒的方法包括敏化和浸浆法；

所述敏化过程为采用氯化钯溶液进行浸渍；

所述浸浆法为采用包括次亚磷酸钠、氯化镍、硫脲、氨水和乳酸的浆液对所述连续碳纤维进行浸渍。

所述敏化液中氯化钯的浓度为0.1-2g/L

所述浆液中次亚磷酸钠浓度为10-50g/L；

所述浆液中氯化镍浓度为15-40g/L；

所述浆液中硫脲浓度为0.1-1g/L；

所述浆液中氨水浓度为1-10g/L；

所述浆液中乳酸浓度为2-20g/L；

所述不完全干燥为干燥后在所述连续碳纤维表面残留0.1-0.5wt％的水。

所述不完全干燥采用的干燥方法包括红外干燥；