本發(fā)明公開涉及材料制備，尤其涉及在線提高連續(xù)碳纖維增強(qiáng)paeks類樹脂基復(fù)合材料界面的方法。

背景技術(shù)：

1、碳纖維(cf)作為典型的高性能纖維材料，具有高比強(qiáng)度、高比模量、抗疲勞等優(yōu)異的性能，成為21世紀(jì)最尖端的增強(qiáng)體之一。paeks是一類苯環(huán)與不同比例的醚鍵、酮鍵交替連接下組合而成的半結(jié)晶型的熱塑性聚合物。這類聚合物分子鏈中剛性苯環(huán)的存在給予樹脂較佳的力學(xué)強(qiáng)度、耐腐蝕性、高溫穩(wěn)定性和電絕緣性，呈柔性的醚鍵和酮鍵賦予樹脂的可再次成型、易加工等特點(diǎn)。將cf與特種工程塑料paeks樹脂復(fù)合，既可以充分發(fā)揮cf物理性能優(yōu)異和可編織性好的優(yōu)勢，也可具備熱塑性樹脂的可再次加工、韌性高等特點(diǎn)。但是，碳纖維表面石墨化程度較高，類石墨結(jié)構(gòu)較為完善，而非碳元素及活性官能團(tuán)較少、導(dǎo)致纖維表面光滑、極性組分缺乏、化學(xué)惰性較高，使其難以被樹脂浸潤，很難與樹脂基體緊密結(jié)合形成較高的界面強(qiáng)度。

2、為實(shí)現(xiàn)高性能復(fù)合材料，在制備復(fù)合材料之前可通過表面改性的方式提高纖維與樹脂基體的界面相互作用。為了提高纖維基體的粘附性，需要增加表面極性，創(chuàng)造更多的氫鍵位點(diǎn)。并通過實(shí)現(xiàn)從基體向纖維良好的應(yīng)力傳遞，增加纖維材料與周圍聚合物基體之間共價連接的可能性，以確保聚合物和cf之間良好的界面附著力。

3、等離子體技術(shù)可以用于碳纖維復(fù)合材料的改性。由于等離子體系統(tǒng)構(gòu)型和處理參數(shù)的選擇，正負(fù)離子、中性離子、原子和自由基等活性物質(zhì)與纖維表面分子發(fā)生碰撞，導(dǎo)致等離子體與纖維表面發(fā)生廣泛的化學(xué)和物理相互作用，增加纖維表面粗糙度以及產(chǎn)生活性自由基或官能團(tuán)，從而提高纖維表面活性。其處理效果僅限于材料表面的表層，因此只改變幾十到幾百納米以內(nèi)表面的物理和化學(xué)性能，而不影響纖維固有結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。此外，等離子體與其他改性技術(shù)結(jié)合可以進(jìn)一步改善復(fù)合材料界面性能。

4、上漿劑作為碳纖維重要的組成部分，能夠賦予碳纖維集束性并保護(hù)纖維，以及通過對碳纖維表面的修飾以調(diào)控復(fù)合材料界面，對碳纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料性能起著重要的影響作用，因此上漿劑應(yīng)與樹脂基體相匹配。然而高性能paeks類樹脂的成型溫度通常高于300℃，傳統(tǒng)熱固性復(fù)合材料的上漿劑難以滿足高性能cf/paeks復(fù)合材料高溫成型的要求，成型過程中的高溫會導(dǎo)致傳統(tǒng)上漿劑發(fā)生熱分解而產(chǎn)生小分子，這將嚴(yán)重破壞界面并限制復(fù)合材料性能的發(fā)揮。

5、綜上，提供一種能夠提高碳纖維增強(qiáng)paeks類復(fù)合材料在高溫下的界面穩(wěn)定性的方法是人們亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于此，本發(fā)明公開提供了在線提高連續(xù)碳纖維增強(qiáng)paeks類樹脂基復(fù)合材料界面的方法，以提高碳纖維增強(qiáng)paeks類樹脂基復(fù)合材料在室溫下的界面強(qiáng)度，且其在高溫下也仍保持著優(yōu)越的性能。

2、本發(fā)明提供了在線提高連續(xù)碳纖維增強(qiáng)paeks類樹脂基復(fù)合材料界面的方法，包括：將磺化聚醚酮酮spekk上漿劑涂覆在碳纖維表面，得到上漿后的碳纖維；再采用等離子體表面處理法處理所述上漿后的碳纖維，最終得到接枝改性后的碳纖維，通過所述接枝改性后的碳纖維在線提高碳纖維增強(qiáng)paeks類樹脂基復(fù)合材料界面。

3、優(yōu)選地，磺化聚醚酮酮spekk上漿劑涂覆在碳纖維前，如碳纖維表面有上漿劑，則需預(yù)處理碳纖維原絲：先去除碳纖維表面的上漿劑和灰塵后，再去除碳纖維表面原有的上漿劑；

4、其中去除碳纖維表面原有上漿劑的方法為：將碳纖維放入有機(jī)溶液中浸泡24h，再用去離子水洗滌、浸泡24h后取出，烘干充分干燥，取出；

5、所述有機(jī)溶液為甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯中的一種或幾種的混合物。

6、所述烘干的參數(shù)為：烘干溫度為100-120℃，干燥時間為2-3h。

7、優(yōu)選地，采用等離子體表面處理法接枝處理帶有spekk上漿劑碳纖維的工藝為：等離子體電極與碳纖維表面距離為0.5-2cm，操作功率為300-1000w，等離子體處理速度為0-10mm/s；其中，等離子體為常壓連續(xù)等離子體，用于激發(fā)等離子體的氣體為空氣、質(zhì)量純度≥99.999％的氧氣，質(zhì)量純度≥99.999％的氬氣，質(zhì)量純度≥99.999％的氮?dú)庵械娜我环N或幾種的混合氣體。

8、優(yōu)選地，所述磺化聚醚酮酮spekk上漿劑的制備方法為：將烘干后的pekk粉末與濃硫酸按照質(zhì)量比1:10混合均勻，加熱反應(yīng)；反應(yīng)結(jié)束后，將其置于冰水浴中進(jìn)行置換反應(yīng)；靜置后，取沉淀物，使用去離子水反復(fù)洗滌，直至去離子水呈中性；真空干燥后得到spekk粉末；

9、在80-100℃下將spekk粉末溶于溶劑中配置為不同濃度的上漿劑溶液。

10、優(yōu)選地，所述pekk粉末的烘干溫度為100-120℃，干燥時間為2-3h；pekk粉末與濃硫酸加熱反應(yīng)的溫度為80-100℃，反應(yīng)時間為4-16h；所述真空干燥參數(shù)：溫度為100-150℃，干燥時間為8-10h；所述溶劑為水、丙酮、丁酮、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、甲醇、二甲基亞砜等中的一種或幾種的混合物。

11、優(yōu)選地，所述將磺化聚醚酮酮spekk上漿劑涂覆在碳纖維表面的方式為：將碳纖維浸入spekk上漿劑溶液中，取出后加熱烘干；加熱烘干的條件為：溫度為50-120℃，烘干時間為8-12h。

12、優(yōu)選地，將所述接枝改性后的碳纖維浸入paeks類樹脂膠槽，經(jīng)烘干后進(jìn)行鋪層，成型后得到復(fù)合材料單向?qū)訅喊濉?/p>

13、優(yōu)選地，所述paeks類樹脂為聚醚醚酮peek、聚醚酮pek、聚醚酮酮pekk、聚醚醚酮酮peekk、聚醚酮醚酮酮pekekk中的一種或幾種的混合物。

14、本發(fā)明提供了在線提高連續(xù)碳纖維增強(qiáng)paeks類樹脂基復(fù)合材料界面的方法，該方法采用spekk上漿劑結(jié)合等離子體對碳纖維進(jìn)行改性，實(shí)現(xiàn)了均勻全覆蓋，顯著提高了纖維與基體之間的界面結(jié)合強(qiáng)度，改善了碳纖維增強(qiáng)paeks類復(fù)合材料高溫下的界面粘結(jié)性，既使單絲碳纖維的力學(xué)性能得到了很好的保持，又使復(fù)合材料在高溫下的ilss有所提高。

15、應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本發(fā)明公開。

技術(shù)特征：

1.在線提高連續(xù)碳纖維增強(qiáng)paeks類樹脂基復(fù)合材料界面的方法，其特征在于，包括：將磺化聚醚酮酮spekk上漿劑涂覆在碳纖維表面，得到上漿后的碳纖維；再采用等離子體表面處理法處理所述上漿后的碳纖維，最終得到接枝改性后的碳纖維，通過所述接枝改性后的碳纖維在線提高碳纖維增強(qiáng)paeks類樹脂基復(fù)合材料界面。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線提高連續(xù)碳纖維增強(qiáng)paeks類樹脂基復(fù)合材料界面的方法，其特征在于，磺化聚醚酮酮spekk上漿劑涂覆在碳纖維前，如碳纖維表面有上漿劑，則需預(yù)處理碳纖維原絲：先去除碳纖維表面的上漿劑和灰塵后，再去除碳纖維表面原有的上漿劑；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線提高連續(xù)碳纖維增強(qiáng)paeks類樹脂基復(fù)合材料界面的方法，其特征在于，所述磺化聚醚酮酮spekk上漿劑的制備方法為：將烘干后的pekk粉末與濃硫酸按照質(zhì)量比1:10混合均勻，加熱反應(yīng)；反應(yīng)結(jié)束后，將其置于冰水浴中進(jìn)行置換反應(yīng)；靜置后，取沉淀物，使用去離子水反復(fù)洗滌，直至去離子水呈中性；真空干燥后得到spekk粉末；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的在線提高連續(xù)碳纖維增強(qiáng)paeks類樹脂基復(fù)合材料界面的方法，其特征在于，所述pekk粉末的烘干溫度為100-120℃，干燥時間為2-3h；pekk粉末與濃硫酸加熱反應(yīng)的溫度為80-100℃，反應(yīng)時間為4-16h；所述真空干燥參數(shù)：溫度為100-150℃，干燥時間為8-10h；所述溶劑為水、丙酮、丁酮、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、甲醇、二甲基亞砜等中的一種或幾種的混合物。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線提高連續(xù)碳纖維增強(qiáng)paeks類樹脂基復(fù)合材料界面的方法，其特征在于，采用等離子體表面處理法接枝處理帶有spekk上漿劑碳纖維的工藝為：等離子體電極與碳纖維表面距離為0.5-2cm，操作功率為300-1000w，等離子體處理速度為0-10mm/s；其中，等離子體為常壓連續(xù)等離子體，用于激發(fā)等離子體的氣體為空氣、質(zhì)量純度≥99.999％的氧氣，質(zhì)量純度≥99.999％的氬氣，質(zhì)量純度≥99.999％的氮?dú)庵械娜我环N或幾種的混合氣體。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線提高連續(xù)碳纖維增強(qiáng)paeks類樹脂基復(fù)合材料界面的方法，其特征在于，所述將磺化聚醚酮酮spekk上漿劑涂覆在碳纖維表面的方式為：將碳纖維浸入spekk上漿劑溶液中，取出后加熱烘干；加熱烘干的條件為：溫度為50-120℃，烘干時間為8-12h。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線提高連續(xù)碳纖維增強(qiáng)paeks類樹脂基復(fù)合材料界面的方法，其特征在于，將所述接枝改性后的碳纖維浸入paeks類樹脂膠槽，經(jīng)烘干后進(jìn)行鋪層，成型后得到復(fù)合材料單向?qū)訅喊濉?/p>

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線提高連續(xù)碳纖維增強(qiáng)paeks類樹脂基復(fù)合材料界面的方法，其特征在于，所述paeks類樹脂為聚醚醚酮peek、聚醚酮pek、聚醚酮酮pekk、聚醚醚酮酮peekk、聚醚酮醚酮酮pekekk中的一種或幾種的混合物。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了在線提高連續(xù)碳纖維增強(qiáng)PAEKs類樹脂基復(fù)合材料界面的方法，包括：將磺化聚醚酮酮SPEKK上漿劑涂覆在碳纖維表面后進(jìn)行等離子體接枝處理；采用等離子體表面處理法接枝處理上漿后的碳纖維。該方法采用SPEKK上漿劑結(jié)合等離子體對碳纖維進(jìn)行改性，實(shí)現(xiàn)了均勻全覆蓋，顯著提高了纖維與基體之間的界面結(jié)合強(qiáng)度，改善了碳纖維增強(qiáng)PAEKs類復(fù)合材料高溫下的界面粘結(jié)性，既使單絲碳纖維的力學(xué)性能得到了很好的保持，又使復(fù)合材料在高溫下的ILSS有所提高。

技術(shù)研發(fā)人員：王靜,楊爽,熊需海,任榮,于政印,耿聞
受保護(hù)的技術(shù)使用者：沈陽航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10