專利名稱：一種碳纖維表面處理劑及其處理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高分子技術領域，尤其涉及一種碳纖維表面處理劑及其處理方法。
背景技術：
碳纖維具有高強度、低密度、高耐溫、耐水、耐腐蝕等特點，是一種優(yōu)異的高強度增強材料。碳纖維增強的高分子樹脂是十分重要的軍工器械、航空用高性能結構材料。碳纖維增強的高性能樹脂大部分為極性樹脂，如聚酰胺、聚酯、聚酰亞胺等。碳纖維表面極性很弱，與極性樹脂的粘結力很小，因此一般需對其進行表面處理后才能用于增強復合材料。常用的碳纖維表面處理劑包括硅烷類偶聯(lián)劑及丙烯酸、聚氨酯類成膜劑等成份。硅烷偶聯(lián)劑在使用中易于自縮聚成硅氧烷低聚物，實際的利用率低，且與玻璃纖維表面有效化學鍵合的那部分還極易水解。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種碳纖維表面處理劑及其處理方法。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用以下技術方案一種碳纖維表面處理劑，其由以下組分制備而成溶劑0% -99% ；聚丙烯腈-100%，以上百分數(shù)是質量百分比。其中，所述的溶劑為極性溶劑，包括水，乙醇，甲醇，丙酮中的一種或幾種。其中，所述的聚丙烯腈為液態(tài)聚丙烯腈低聚物，其分子量(粘均分子量)范圍為 106-10000 道爾頓。本發(fā)明碳纖維表面處理劑的處理方法包括以下步驟步驟1 將聚丙烯腈與溶劑混合后攪拌均勻；步驟2 將碳纖維浸潤步驟1的溶劑；步驟3 將經(jīng)浸潤處理的碳纖維于50-300攝氏度烘箱內預氧化0. 01-100小時。其中，所述的碳纖維為聚丙烯腈基的碳纖維。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過先采用液態(tài)聚丙烯腈低聚物浸潤碳纖維，經(jīng)浸潤處理的碳纖維再經(jīng)預氧化后，聚丙烯腈吸附在碳纖維表面形成大量活性腈基，這些腈基與極性樹脂具有非常好的鍵合力，改善了碳纖維與極性樹脂的粘接性，提高了碳纖維的表面極性，增強了碳纖維與樹脂基體的粘結力，所得碳纖維增強材料產(chǎn)品的強度高、韌性好、 生產(chǎn)工藝簡單，可廣泛應用于碳纖維增強的汽車、軍工器械、航空用高性能結構材料。
具體實施例方式一種碳纖維表面處理劑，由以下組分按質量百分比制備而成溶劑0-99%;聚丙烯腈 1-100%。所述的溶劑為極性溶劑，包括水、乙醇、甲醇、丙酮中的一種或幾種。所述的碳纖維為含聚丙烯腈基的碳纖維。所述的聚丙烯腈為液態(tài)聚丙烯腈低聚物，其分子量范圍為 106-10000 道爾頓。
本發(fā)明碳纖維表面處理劑的處理方法包括以下步驟步驟1 將聚丙烯腈與溶劑按質量百分比混合后攪拌均勻；步驟2 將碳纖維浸潤步驟1的溶劑；步驟3 將經(jīng)浸潤處理的碳纖維于50-300攝氏度烘箱內預氧化0. 01-100小時得到表面處理碳纖維。實施例1將碳纖維直接用液態(tài)聚丙烯腈(粘均分子量106)浸潤，將碳纖維于50攝氏度烘箱內預氧化100小時得表面處理碳纖維。實施例2將碳纖維直接用40% (wt)聚丙烯腈(粘均分子量3000)乙醇溶液浸潤，將碳纖維于180攝氏度烘箱內預氧化10小時得表面處理碳纖維。實施例3將碳纖維直接用60% (wt)聚丙烯腈(粘均分子量5000)甲醇溶液浸潤，將碳纖維于250攝氏度烘箱內預氧化0. 1小時得表面處理碳纖維。實施例4將碳纖維直接用99% (wt)聚丙烯腈(粘均分子量10000)水溶液浸潤，將碳纖維于300攝氏度烘箱內預氧化0. 01小時得表面處理碳纖維。上述溶劑也可以水、乙醇、甲醇、丙酮中的一種或幾種。對比例1末經(jīng)處理的碳纖維測試方法為測試經(jīng)表面處理碳纖維的力學性能，以實施例1-4和對比例1的碳纖維為增強材料，尼龍66為基體樹脂，制備了碳纖維增強尼龍66復合材料。舉例 1復合材料的制備方式如下將樹脂聚己二酸己二酰胺(注塑級中粘樹脂)質量比為69.6%；潤滑劑(硬脂酸鋅)質量比為0.2%;抗氧劑(酚類抗氧劑四[β_(3’，5’ - 二叔丁基-4’-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯)質量比為0. 2%。在高速混合機中混合4分鐘；混合均勻的各組分置于雙螺桿擠出機中，經(jīng)熔融混合擠出造粒，碳纖維30%以側喂料方式加入擠出機中；其中，碳纖維為上述實施例1-4經(jīng)表面處理后得到的吸附有聚丙烯腈的碳纖維及未經(jīng)處理的碳纖維。其加工溫度為一區(qū)溫度240-250 °C，二區(qū)溫度245-260 °C，三區(qū)溫度 245-260°C，四區(qū)溫度250-270°C，五區(qū)溫度250-280°C，六區(qū)溫度250_275°C，七區(qū)溫度 250-260°C，主機轉速:300-350rpmo將按上述方法完成的粒子事先在90 110°C的鼓風烘箱中干燥4小時，然后再將干燥好的粒子材料在注射機上進行注射成型制樣，注射成型模溫控制在90°C，注塑成型溫度控制在260-280°C。拉伸性能測試按ASTM D638標準進行，試樣尺寸為150mm*12mm*3. 5mm,拉伸速度為50mm/min ；彎曲性能測試按ASTM D790進行，試樣尺寸為80mm*12mm*3. 5mm,拉伸速度為2mm/min，跨距為48mm，懸臂梁缺口沖擊強度按ASTM D256進行，試樣尺寸為 55mm*12. 6mm*3. 5mm，缺口深度為試樣厚度的三分之一。材料的綜合力學性能通過測試所得的拉伸強度、彎曲強度、彎曲模量、沖擊強度的數(shù)值進行評判。實施例1-4及對比例1性能見表1表 權利要求
1.一種碳纖維表面處理劑，其特征在于，由以下組分按質量百分比制備而成 溶劑0-99% ；聚丙烯腈 1-100%。
2.根據(jù)權利要求1所述的碳纖維表面處理劑，其特征在于所述的溶劑為極性溶劑，包括水、乙醇、甲醇、丙酮中的一種或幾種。
3.根據(jù)權利要求1所述的碳纖維表面處理劑，其特征在于所述的碳纖維為含聚丙烯腈基的碳纖維。
4.根據(jù)權利要求1所述的碳纖維表面處理劑，其特征在于所述的聚丙烯腈為液態(tài)聚丙烯腈低聚物，其分子量范圍為106-10000道爾頓。
5.一種如權利要求1所述的碳纖維表面處理劑的處理方法，其特征在于包括以下步驟步驟1 將聚丙烯腈與溶劑按質量百分比混合后攪拌均勻； 步驟2 將碳纖維浸潤步驟1的溶劑；步驟3 將經(jīng)浸潤處理的碳纖維于50-300攝氏度烘箱內預氧化0. 01-100小時得到表面處理碳纖維。
6.根據(jù)權利要求5所述的碳纖維表面處理劑的處理方法，其特征在于，所述的碳纖維為聚丙烯腈基的碳纖維。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種碳纖維表面處理劑及其處理方法。此處理劑由以下組分制備而成溶劑0％-99％；聚丙烯腈1％-100％。本發(fā)明主要通過液態(tài)聚丙烯腈對碳纖維進行表面處理提高碳纖維與極性樹脂基體的粘接性，提高碳纖維增強材料的力學性能。本發(fā)明的優(yōu)點是提高了碳纖維的表面極性，增強了碳纖維與樹脂基體的粘結力，所得碳纖維增強材料產(chǎn)品的強度高、韌性好、生產(chǎn)工藝簡單，可廣泛應用于碳纖維增強的汽車、軍工器械、航空用高性能結構材料。
文檔編號D06M15/31GK102312377SQ20101061478
公開日2012年1月11日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權日2010年12月30日
發(fā)明者徐東, 徐永, 黃新政 申請人:安徽科聚新材料有限公司