[发明专利]一种在超临界甲醇中碳纤维表面接枝六亚甲基四胺的方法

摘要

一种在超临界甲醇中碳纤维表面接枝六亚甲基四胺的方法，它涉及一种碳纤维表面改性的方法。本发明的目的是要解决现有碳纤维表面改性的方法存在基团接枝到碳纤维上少，基团在碳纤维上分布不均匀，改性后的碳纤维与树脂的结合强度低的问题。制备方法：一、清洗；二、氧化；三、酰氯化；四、醇解；五、在超临界甲醇中接枝六亚甲基四胺，得到表面接枝六亚甲基四胺的碳纤维，即完成在超临界甲醇中碳纤维表面接枝六亚甲基四胺的方法。本发明得到的表面接枝六亚甲基四胺的碳纤维的界面剪切强度由原丝的64.9MPa提高到106.1MPa，提高了63.5％。本发明可获得一种在超临界甲醇中碳纤维表面接枝六亚甲基四胺的方法。

主权项

一种在超临界甲醇中碳纤维表面接枝六亚甲基四胺的方法，其特征在于一种在超临界甲醇中碳纤维表面接枝六亚甲基四胺的方法具体是按以下步骤完成的：一、清洗：①、将碳纤维放入装有丙酮的索氏提取器中，在温度为75℃～85℃的条件下使用丙酮清洗去除碳纤维表面的杂质，清洗时间为2h～8h，将清洗后的碳纤维取出，得到丙酮清洗后的碳纤维；②、将步骤一①得到的丙酮清洗后的碳纤维置于超临界装置中，在温度为350℃～370℃和压力为8MPa～14MPa的超临界丙酮‑水体系中浸泡20min～30min，得到去除环氧涂层后的碳纤维；步骤一②中所述的超临界丙酮‑水体系中丙酮与水的体积比为5:1；③、将步骤一②得到的去除环氧涂层后的碳纤维置于索氏提取器中，在温度为75℃～85℃的条件下使用丙酮清洗去除环氧涂层后的碳纤维，清洗时间为2h～4h；将清洗后的碳纤维取出，在温度为70℃～80℃的条件下干燥2h～4h，得到干燥清洗后碳纤维；二、氧化：①、将步骤一③得到的干燥清洗后碳纤维浸渍到过硫酸钾/硝酸银混合水溶液中，加热至60℃～80℃，再在温度为60℃～80℃的条件下恒温1h～2h，得到氧化后的碳纤维；所述的过硫酸钾/硝酸银混合水溶液中过硫酸钾的浓度为0.1mol/L～0.2mol/L；所述的过硫酸钾/硝酸银混合水溶液中硝酸银的浓度为0.0001mol/L～0.005mol/L；步骤二①中所述的干燥清洗后碳纤维的质量与过硫酸钾/硝酸银混合水溶液的体积比为0.1g:(10mL～12mL)；②、室温条件下将步骤二①得到的氧化后的碳纤维在蒸馏水中浸泡5min～10min，将经蒸馏水中浸泡后的碳纤维取出，弃除蒸馏水；所述的氧化后的碳纤维的质量与蒸馏水的体积比为(0.001g～0.006g):1mL；③重复步骤二②3次～5次，得到蒸馏水清洗后的氧化碳纤维；④将步骤二③得到的蒸馏水清洗后的氧化碳纤维在温度为70℃～80℃的条件下干燥2h～4h，得到干燥后的氧化碳纤维；⑤将步骤二④得到的干燥后的氧化碳纤维置于装有无水乙醇的索氏提取器中，在温度为90℃～100℃的条件下使用无水乙醇清洗氧化碳纤维，清洗时间为2h～4h，得到无水乙醇清洗的氧化的碳纤维；⑥将步骤二⑤得到的无水乙醇清洗的氧化的碳纤维在温度为70℃～80℃的条件下干燥2h～4h，得到干燥的氧化碳纤维；三、酰氯化：①向干燥的反应瓶中装入二氯亚砜/N,N‑二甲基甲酰胺混合液，将步骤二⑥得到的干燥的氧化碳纤维放入反应瓶中，加热至70℃～90℃，再在温度为70℃～90℃的条件下恒温反应40h～50h，得到含有杂质的酰氯化的碳纤维；步骤三①中所述的二氯亚砜/N,N‑二甲基甲酰胺混合液中二氯亚砜和N,N‑二甲基甲酰胺的体积比为(10～25):1；②首先使用减压蒸馏的方法将步骤三①得到的含有杂质的酰氯化的碳纤维中残留的二氯亚砜除去，得到酰氯化的碳纤维；再将得到的酰氯化的碳纤维在温度为70℃～90℃的真空干燥箱中干燥2h～4h，得到干燥的酰氯化的碳纤维，最后将干燥的酰氯化的碳纤维放在干燥器中密封保存；四、醇解：①吡啶的无水处理：向吡啶中投入氢氧化钾颗粒，得到吡啶溶液，将吡啶溶液密封后固定在旋转式振荡器上，设定振荡频率为120r/min，旋转振幅为30mm，振荡时间为5min；将振荡后的吡啶溶液静止24h；静止后取吡啶溶液的上清液进行精馏，在温度为100℃～120℃之间收集馏分，得到无水吡啶溶液；步骤四①中所述的氢氧化钾颗粒的质量与吡啶的体积比为(0.1g～0.2g):1mL；②将步骤三②得到的干燥的酰氯化的碳纤维放入步骤四①中得到的无水吡啶溶液中，使用冰水浴将无水吡啶溶液的温度控制在0℃～10℃，以5滴/min的速度将3‑溴丙醇/吡啶混合液滴加到无水吡啶溶液中；步骤四②中所述的3‑溴丙醇/吡啶混合液中3‑溴丙醇与吡啶的体积比为(0.04～0.08):1；步骤四②中所述的3‑溴丙醇/吡啶混合液与无水吡啶溶液的体积比为(0.1～0.25):1；③将步骤四②得到的滴加完3‑溴丙醇/吡啶混合液的无水吡啶溶液在室温条件下进行搅拌，搅拌速度为6r/min～10r/min，搅拌时间为3h～5h，得到含杂质的醇解碳纤维；④将步骤四③得到的含杂质的醇解碳纤维放入无水乙醇中清洗，将经无水乙醇清洗的含杂质的醇解碳纤维取出，弃除无水乙醇；步骤四④中所述的含杂质的醇解碳纤维的质量与无水乙醇的体积比为(0.01g～0.04g):1mL；⑤重复操作步骤四④3次～5次，得到湿醇解碳纤维，将湿醇解碳纤维在温度为70℃～80℃的条件下干燥2h～4h，得到醇解碳纤维；五、在超临界甲醇中接枝六亚甲基四胺：①、将无水甲醇置于容器中，然后再加入六亚甲基四胺，得到六亚甲基四胺和无水甲醇的混合液；将醇解碳纤维加入到六亚甲基四胺和无水甲醇的混合液中，再将容器放入不锈钢釜中，封闭不锈钢釜；步骤五①中所述的六亚甲基四胺和无水甲醇的混合液中无水甲醇的体积与六亚甲基四胺的质量比为(20mL～40mL):1g；步骤五①中所述的醇解碳纤维的质量与六亚甲基四胺和无水甲醇的混合液的体积比为(80mL～200mL):1g；②、将盐浴炉从室温加热至230℃～250℃，再将封闭的不锈钢釜放入到盐浴炉中，在压力为5MPa～7MPa和温度为230℃～250℃的条件下接枝处理5min～30min，得到表面接枝六亚甲基四胺的碳纤维；③、将封闭的不锈钢釜从盐浴炉中取出，再在室温下自然冷却10min～20min，再使用冷水喷淋将封闭的不锈钢釜降温至室温，再打开封闭的不锈钢釜，取出表面接枝六亚甲基四胺的碳纤维；④、使用去离子水对表面接枝六亚甲基四胺的碳纤维进行洗涤，至洗涤液的pH值为7，再将表面接枝六亚甲基四胺的碳纤维放入无水乙醇中清洗3次～5次，再将表面接枝六亚甲基四胺的碳纤维置于索氏提取器中，在温度为在温度为75℃～85℃的条件下使用丙酮清洗表面接枝六亚甲基四胺的碳纤维20min～30min；再将索氏提取器中的表面接枝六亚甲基四胺的碳纤维进行翻转，再在温度为在温度为75℃～85℃的条件下使用丙酮清洗表面接枝六亚甲基四胺的碳纤维20min～30min，取出后再在温度为80℃～120℃的烘箱中干燥4h～8h，得到表面接枝六亚甲基四胺的碳纤维，即完成在超临界甲醇中碳纤维表面接枝六亚甲基四胺的方法。