CN104179001A - 一种表面经过湿法化学改性的碳布的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种表面经过湿法化学改性的碳布的制备方法，将裁剪后的碳布放于丙酮中浸透后取出并自然晾干，得样品A；将样品A和浓硝酸放入水热反应釜中，然后将水热反应釜放到均相反应器中于80-140℃保温反应1-4小时，反应结束后取出碳布，并用去离子水进行清洗，最后真空烘干，即得到表面经过湿法化学改性的碳布。本发明通过在水热条件下，对碳布表面进行氧化处理，具有设备简单、高效、腐蚀均匀和制备的碳布表面含氧量高等优点，能有效优化碳布增强树脂基摩擦材料摩擦磨损性能，是一种低成本、低能耗、高效率、操作简单和条件可控的改性方法。

Description

一种表面经过湿法化学改性的碳布的制备方法

技术领域

本发明属于碳纤维表面改性技术领域，具体涉及一种表面经过湿化学改性的碳布的制备方法。

背景技术

碳纤维是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。因其具有比强度高、比模量高、热膨胀系数小、摩擦系数低、耐低温性能良好等特性而成为近年来树脂基复合材料最终的增强材料，被广泛应用在摩擦材料领域。碳纤维表面呈惰性，比表面积小，边缘活性碳原子少，表面能低和树脂浸润性及两相界面粘结性差，制约了碳纤维在先进复合材料领域的进一步推广应用。

文献“公开号为CN102021678A的中国专利”公开了一种碳纤维表面处理的方法，其以高温碳化处理后的碳纤维在不同水浴温度、不同浓度的臭氧水中浸泡，得到具有复合性能的碳纤维。但是此种方法存在增加碳纤维表面官能团数量有限，表面均匀性难以控制等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种表面经过湿法化学改性的碳布的制备方法，该方法设备简单、高效、腐蚀均匀，且制备的碳布表面含氧官能团多，有效优化碳布的摩擦磨损性能。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案包括以下步骤：

1)将裁剪后的碳布放于丙酮中浸透后取出并自然晾干，得样品A；

2)将样品A和浓硝酸放入水热反应釜中，然后将水热反应釜放到均相反应器中于80-140℃保温反应1-4小时，反应结束后取出碳布，并用去离子水进行清洗，最后真空烘干，即得到表面经过湿法化学改性的碳布。

所述的步骤1)中碳布采用机织类型的平纹布、机织类型的斜纹布或机织类型的缎纹布，规格是1K、3K、6K或12K。

所述的步骤1)碳布在丙酮中浸透所需的时间为24小时。

所述的步骤2)浓硝酸在水热反应釜中的体积含量为30％-50％。

所述的步骤2)中真空烘干的温度为80℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明通过在水热条件下，对碳布表面进行氧化处理，在处理过程所采用的设备简单，且能高效的对碳布进行腐蚀氧化，且腐蚀均匀；制备的表面经过湿法化学改性的碳布表面含氧量高，能有效优化碳布增强树脂基摩擦材料摩擦磨损性能，因此，本发明是一种低成本、低能耗、高效率、操作简单和条件可控的碳布改性方法。

附图说明

图1为未处理的碳布和实施例1制得的表面经过湿法化学改性的碳布的扫描电子显微镜照片对比图；

图2为未处理的碳布以及实施例1-4制得的表面经过湿法化学改性的碳布摩擦磨损性能对比图。

具体实施方式

实施例1：

1)将碳布裁剪成5cm×7cm的长方形状，并放于丙酮溶液中浸泡24小时使浸透，然后取出于自然条件下晾干，得样品A；

2)将样品A和浓硝酸放入水热反应釜中，然后将水热反应釜放到均相反应器中于140℃保温反应1小时，反应结束后取出碳布，并用去离子水进行清洗，最后于80℃真空烘干，即得到表面经过湿法化学改性的碳布；其中，浓硝酸在水热反应釜中的体积含量为30％。

实施例2：

1)将碳布裁剪成5cm×7cm的长方形状，并放于丙酮溶液中浸泡24小时使浸透，然后取出于自然条件下晾干，得样品A；

2)将样品A和浓硝酸放入水热反应釜中，然后将水热反应釜放到均相反应器中于120℃保温反应2小时，反应结束后取出碳布，并用去离子水进行清洗，最后于80℃真空烘干，即得到表面经过湿法化学改性的碳布；其中，浓硝酸在水热反应釜中的体积含量为40％。

实施例3：

1)将碳布裁剪成5cm×7cm的长方形状，并放于丙酮溶液中浸泡24小时使浸透，然后取出于自然条件下晾干，得样品A；

2)将样品A和浓硝酸放入水热反应釜中，然后将水热反应釜放到均相反应器中于100℃保温反应3小时，反应结束后取出碳布，并用去离子水进行清洗，最后于80℃真空烘干，即得到表面经过湿法化学改性的碳布；其中，浓硝酸在水热反应釜中的体积含量为40％。

实施例4：

1)将碳布裁剪成5cm×7cm的长方形状，并放于丙酮溶液中浸泡24小时使浸透，然后取出于自然条件下晾干，得样品A；

2)将样品A和浓硝酸放入水热反应釜中，然后将水热反应釜放到均相反应器中于80℃保温反应4小时，反应结束后取出碳布，并用去离子水进行清洗，最后于80℃真空烘干，即得到表面经过湿法化学改性的碳布；其中，浓硝酸在水热反应釜中的体积含量为50％。

上述实施例1-4中的浓硝酸为市售浓硝酸，且碳布采用机织类型的平纹布、机织类型的斜纹布或机织类型的缎纹布，规格是1K、3K、6K或12K，但不仅限于此。

当实施例1-4选择的碳布为3K的机织类型的斜纹布时，图1是未处理的碳布和实施例1制得的表面经过湿法化学改性的碳布的扫描电子显微镜照片对比图；通过对比图1b和图1a，可以发现，实施例1制得的表面经过湿法化学改性的碳布相对于未处理过的碳布，表面具有较深的沟壑，因此，本发明制得的表面经过湿法化学改性的碳布得到了有效改性。

图2为未处理的碳布以及实施例1-4制得的表面经过湿法化学改性的碳布摩擦磨损性能对比图；且图2黑色柱状图表示的动摩擦系数数值是由CFT-Ⅰ型多功能材料表面综合性能测试仪在加载压力160N的条件下测得的900个数据点的平均值，条形柱状图是其数据点的标准差，用于表示其在摩擦磨损过程中动摩擦系数的稳定性。从图2可以看出，经氧化处理后碳布制备的摩擦材料稳定系数都比未处理样品的低，提高了其摩擦稳定性。在水热温度100℃下处理的碳布制备的摩擦材料动摩擦系数最低，稳定系数最低，由于碳纤维表面被氧化出较深的沟槽以及含氧极性官能团，树脂能更好的填充在碳纤维孔隙和沟槽中，从而在摩擦过程中以大量碳纤维表面为摩擦面，降低了了动摩擦系数，提高了稳定性。

以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术法案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种表面经过湿法化学改性的碳布的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将裁剪后的碳布放于丙酮中浸透后取出并自然晾干，得样品A；

2)将样品A和浓硝酸放入水热反应釜中，然后将水热反应釜放到均相反应器中于80-140℃保温反应1-4小时，反应结束后取出碳布，并用去离子水进行清洗，最后真空烘干，即得到表面经过湿法化学改性的碳布。

2.根据权利要求1所述的表面经过湿法化学改性的碳布的制备方法，其特征在于：所述的步骤1)中碳布采用机织类型的平纹布、机织类型的斜纹布或机织类型的缎纹布，规格是1K、3K、6K或12K。

3.根据权利要求1所述的表面经过湿法化学改性的碳布的制备方法，其特征在于：所述的步骤1)碳布在丙酮中浸透所需的时间为24小时。

4.根据权利要求1所述的表面经过湿法化学改性的碳布的制备方法，其特征在于：所述的步骤2)浓硝酸在水热反应釜中的体积含量为30％-50％。

5.根据权利要求1所述的表面经过湿法化学改性的碳布的制备方法，其特征在于：所述的步骤2)中真空烘干的温度为80℃。