CN103696228A - 一种碳纤维表面处理方法 - Google Patents

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李志刚
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Abstract

本发明公开了一种碳纤维表面处理方法，包括如下步骤：在室温条件下，将碳纤维进行低温等离子体轰击处理，得到表面处理后的碳纤维，并放入塑料箱中待用。本发明表面处理速度快，效率高，碳纤维表面损伤小，经表面处理的碳纤维的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和简支梁缺口冲击强度指标均得到改善。

Description

一种碳纤维表面处理方法
技术领域
本发明涉及一种碳纤维技术领域，具体涉及一种碳纤维表面处理方法。
背景技术
碳纤维是含碳量在90％以上的高强度高模量纤维，是用分解温度低于熔融温度的纤维聚合物，通过千度以上固相热解而制成。其种类包括有聚丙烯腈基碳纤维(PAN基碳纤)、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维。60年代以来碳纤维迅速发展的新型增强材料，具有高强度、质量轻、耐疲劳、性能优良、模量大和热膨胀系数低等优点，在复合材料领域里广泛的应用。但是，纤维中的碳分子平面是沿纤维轴取向，表面呈化学惰性，与热塑性树脂基体之间亲和力较差，难以形成化学键连接并且界面存在不相容组分，界面粘结强度低，复合时容易在界面上形成孔隙和缺陷，增强体与基体树脂难以形成有效粘结，影响复合材料综合性能的发挥。因此，通过表面处理来提高增强体和基体树脂界面的粘结度，以达到提高碳纤维增强复合材料性能的目的。
碳纤维表面处理的作用是增加表面能，增强弱边界层，从而提高表面的湿润性等性能；产生适合于粘接的表面形态，使增强材料表面生成凹凸，通过抛锚效应而提高界面粘接性能；改善树脂和增强材料的亲合力。其表面处理方法有：氧化处理，涂敷处理，射线、激光、等离子体处理，接枝聚合表面处理及其他处理方法。
目前，在国内一般碳纤维处理是采用在酸性液体(酸性液体包括是NH4NO3、NH4HCO3、KNO3、H3PO4、NaHCO3、NH4HCO3·NH2COONH2、NH4HCO3/NH3·H2O中的一种或几种)中，在一定的温度、电解质浓度、处理时间等条件下对碳纤维进行表面氧化处理。但此方法但操作繁琐，间歇作业，而且公害严重，实际上无工业化价值。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种可提高碳纤维表面活性，增强层间剪切强度，提高生产效率，降低生产成本的碳纤维表面处理方法。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下：
一种碳纤维表面处理方法，包括如下步骤：在室温条件下，将碳纤维进行低温等离子体轰击处理，得到表面处理后的碳纤维，并放入塑料箱中待用。
在上述技术方案的基础上，上述5根12K碳纤维束以2m/s的速度通过低温等离子处理箱进行处理。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明表面处理速度快，效率高，碳纤维表面损伤小，经表面处理的碳纤维的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和简支梁缺口冲击强度指标均得到改善。
当碳纤维束通过低温等离子处理设备时，低温等离子体中的电子从电场中获得能量成为自由的高能电子，由此生成的激发分子、原子、离子和游离基具有较高的化学反应性，可除去碳纤维表面的薄弱层结构，改善表面物理形貌，减少碳纤维抗张强度的损失。同时，该高能电子的能量低于高能射线，只涉及材料表面，不影响基体的性能。
具体实施方式
一种碳纤维表面处理方法如下：
将5根12K碳纤维束以2m/s的速度通过低温等离子处理箱进行处理，并放入塑料箱中待用。
上述低温等离子处理箱在对碳纤维的表面进行处理时的工艺参数如下：
碳纤维丝束运行速度2m/s；
碳纤维处理环境温度范围-10℃～50℃；
碳纤维与等离子体发射装置之间的间隙为5～30mm；
碳纤维表面处理环境湿度40～75％；
碳纤维表面处理功率范围500～800W/束丝；
低温等离子体碳纤维表面处理温度30℃～100℃。
为验证本发明表面处理方法的效果，对碳纤增强尼龙复合材料进行性能对比实验，具体如下：
(1)制备碳纤增强尼龙复合材料其比例如下：
碳纤维25％
尼龙66基体70％
耐磨剂3％
其它加工助剂2％
(2)、按上述配比混合物，并通过双螺杆挤出造粒机在145℃～190℃温度下挤出造粒，并且在挤出过程中，通过中间的加料孔加入碳纤维，使混合材料中碳纤的含量达到要求的指标。
(3)、处理过碳纤维和未处理碳纤维复合材料各生产一批，并作性能比对，如表1；
Figure BSA0000099197540000031
从上表可知，经表面处理的碳纤维的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和简支梁缺口冲击强度指标均得到改善。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求范围内。

Claims (2)

1.一种碳纤维表面处理方法，其特征在于，包括如下步骤：在室温条件下，将碳纤维进行低温等离子体轰击处理，得到表面处理后的碳纤维，并放入塑料箱中待用。
2.如权利要求1所述的一种碳纤维表面处理方法，其特征在于：所述5根12K碳纤维束以2m/s的速度通过低温等离子处理箱进行处理。
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