CN105421035A - 采用硫酸碳化淀粉液相沉积处理碳纤维的方法 - Google Patents

采用硫酸碳化淀粉液相沉积处理碳纤维的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105421035A
CN105421035A CN201510930310.8A CN201510930310A CN105421035A CN 105421035 A CN105421035 A CN 105421035A CN 201510930310 A CN201510930310 A CN 201510930310A CN 105421035 A CN105421035 A CN 105421035A
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon fiber
sulfuric acid
starch
carbonization
liquid phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201510930310.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105421035B (zh
Inventor
周莉
吴国瑞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Liaoning Shihua University
Original Assignee
Liaoning Shihua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Liaoning Shihua University filed Critical Liaoning Shihua University
Priority to CN201510930310.8A priority Critical patent/CN105421035B/zh
Publication of CN105421035A publication Critical patent/CN105421035A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105421035B publication Critical patent/CN105421035B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M11/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising
    • D06M11/73—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with carbon or compounds thereof
    • D06M11/74—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with carbon or compounds thereof with carbon or graphite; with carbides; with graphitic acids or their salts
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M2101/00—Chemical constitution of the fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, to be treated
    • D06M2101/40—Fibres of carbon

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Inorganic Fibers (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明涉及一种采用硫酸碳化淀粉液相沉积处理碳纤维的方法，其步骤为，称取碳纤维、硫酸、淀粉，然后将称量好的淀粉配制成质量淀粉水溶液，上述混合液体加入圆底烧瓶进行反应，得短切碳纤维。本发明通过采用硫酸碳化淀粉在短切碳纤维表面的液相沉积处理的方法，实现可控刻蚀及在表面沉淀淀粉碳化颗粒，增加粗糙度提高其摩擦性的同时最大限度的实现其它力学性能不降低。

Description

采用硫酸碳化淀粉液相沉积处理碳纤维的方法
技术领域
本发明涉及一种碳纤维的处理方法，具体涉及一种采用硫酸碳化淀粉液相沉积处理碳纤维的方法。
背景技术
通常情况下，碳纤维都是在具有保护作用的惰性气体环境下生产制造的，其生产温度在1600℃以上，由于经历了高温阶段成型，所以使得碳纤维表面的其他元素基本消失，只剩下了富集的碳元素，从而导致了其表面活性低于复合材料的粘结胶强度，进而降低了其整体力学性能。为了处理在碳纤维表面惰性高的情况下，如何发挥出复合材料中力学性能的问题，此时需要对碳纤维表面形貌作一些适当的改进。目前，对碳纤维表面进行处理的方法主要有两种：氧化法和非氧化法。经处理后的碳纤维虽具有较好的性能，但是和未处理的碳纤维相比较，则发现其复合材料剪切强度有所下降。而且现有技术技术中，碳纤维强酸处理过程中易对碳纤维表面过度刻蚀，降低了材料的强度等力学性能。
本发明的技术方案包括如下步骤：
称取碳纤维0.1-1g，量取10-30ml的硫酸，再称取淀粉，淀粉和硫酸的质量比为1％-4％，然后将称量好的淀粉配制成质量浓度为5-15％的淀粉水溶液，上述混合液体加入圆底烧瓶进行反应，反应时间为15-60min，反应温度为120-200℃，得短切碳纤维。
所述的碳纤维用丙酮浸泡去除表面有机胶。
所述的淀粉和硫酸的质量比优选为2％。
所述的淀粉水溶液质量浓度优选为10％。
所述的反应时间优选为45min，反应温度优选为180℃。
本发明的优点效果如下：
本发明通过采用硫酸碳化淀粉在短切碳纤维表面的液相沉积处理的方法，实现可控刻蚀及在表面沉淀淀粉碳化颗粒，增加粗糙度提高其摩擦性的同时最大限度的实现其它力学性能不降低。本发明从碳纤维界面微观受力角度为出发点，以硫酸为氧化剂将淀粉在不同温度下碳化成碳颗粒沉积在碳纤维的表面增大其受力界面，将部分受力进行界面传递扩散使得其表层受力均匀，在此之前，用此方法处理碳纤维无人尝试，通过试验，处理之后碳纤维的表面有碳化的碳颗粒沉积，扩大了碳纤维的表面积，缓解了受力的集中和不均匀，防止了碳纤维强酸处理过程中易对碳纤维表面过度刻蚀,且为一种简单有效的碳纤维表面处理改性方法。
附图说明
图1a-1d为不同质量比下硫酸碳化淀粉电镜图。
图2a-2d为不同时间下硫酸碳化淀粉电镜图。
具体实施方式
实施例1
称取碳纤维0.5g，量取20ml的浓度98wt％的硫酸，再称取淀粉，淀粉和硫酸的质量比为2％，然后将称量好的淀粉配制成质量浓度为10％的淀粉水溶液，上述混合液体加入圆底烧瓶进行反应，反应时间为45min，反应温度为180℃，得短切碳纤维。
实施例2
称取碳纤维0.1g，量取10ml的浓度98wt％的硫酸，再称取淀粉，淀粉和硫酸的质量比为1％，然后将称量好的淀粉配制成质量浓度为5％的淀粉水溶液，上述混合液体加入圆底烧瓶进行反应，反应时间为15min，反应温度为200℃，得短切碳纤维。
实施例3
称取碳纤维1g，量取30ml的浓度98wt％的硫酸，再称取淀粉，淀粉和硫酸的质量比为4％，然后将称量好的淀粉配制成质量浓度为15％的淀粉水溶液，上述混合液体加入圆底烧瓶进行反应，反应时间为60min，反应温度为120℃，得短切碳纤维。
实施例4
称取碳纤维0.1g，量取30ml浓度98wt％的硫酸，再称取淀粉，淀粉和硫酸的质量比为3％，然后将称量好的淀粉配制成质量浓度为5％的淀粉水溶液，上述混合液体加入圆底烧瓶进行反应，反应时间为60min，反应温度为200℃，得短切碳纤维。
本发明的实验过程及性能分析如下。
在配料时将碳纤维的量作为变量，分别加入碳纤维的质量分数为3％，5％，7％，9％，11％，加入的碳纤维为硫酸与淀粉的质量之比为2％在180℃下碳化沉积60min的短切碳纤维，编号为分别为A1，A2，A3，A4，A5。为了做对比，同时加入质量分数为9％的未处理短切碳纤维，编号为A0，而其余各个填料和树脂的量均为定量。
将混合好的物料取出部分放入模具中，然后将模具稳固压合后轻放于液压平板硫化机上，其压制温度为150℃，压制压力位25MPa，保压时间为30min后将压片取出测试其性能。
硫酸碳化淀粉液相沉积处理碳纤维，扫面电镜(SEM)分析如图1a-1d所示，淀粉浓度为0％、1％、2％和3％下硫酸碳化淀粉处理后的碳纤维表面电镜图，处理时间固定为45min，处理温度固定为180℃。由图可以看出，当未加淀粉直接用硫酸进行处理时，碳纤维的边缘部分被酸液腐蚀，这是由于浓硫酸的强氧化性使得碳纤维皮层微晶尺寸较大部分被腐蚀脱落，当加入淀粉后，可以看出，在淀粉与硫酸不同质量比例下，碳纤维的表面均有不同程度碳化后的淀粉碳颗粒沉积，在电镜照片下可以看出，当淀粉与硫酸质量比为1％时，沉积在纤维表面的碳颗粒相对比较稀疏，而且碳化的碳颗粒在纤维表面分布也不太均匀；相比之下，当淀粉与硫酸的质量之比为2％时，碳纤维表面的沉积效果较好，而且附着比较牢固；当两者的质量之比为3％时，可以看出，虽然纤维表面比较粗糙，而且也不均匀的沉积了一层碳化淀粉颗粒，但是此时的碳化淀粉颗粒在局部呈现出结团的现象，故而说明此时淀粉浓度相对来说已经偏高。综合不同比例的硫酸淀粉碳化后的电镜照片分析得出，当两者之间的比例在2％时，处理效果相对较好，因此在接下来的试验中以淀粉和硫酸质量比为2％，通过实验确定其反应的最佳时间和温度。
如图2所示分别为15min、30min、45min和60min下硫酸碳化淀粉处理后的碳纤维表面电镜图，固定反应的淀粉与硫酸质量比为2％，反应温度为180℃。从处理15min和30min时的图片可以看出，沉积在纤维表面的碳颗粒看起来比较松散，从表面看起来并不牢固，当时间增加到45min时，可以看出，此时的淀粉碳化效果相对较好，而且相对均匀的附着在了碳纤维的表面，且附着的颗粒比较牢固，当处理时间为60min时，表面也相对均匀的沉积了碳颗粒，可能是由于时间太长，碳纤维的表面被酸液腐蚀严重，表皮已经脱落，由此综合对比可以得出，当淀粉与硫酸质量之比控制在2％，处理时间为45min时，硫酸碳化淀粉效果相比最好，故而再将淀粉和硫酸质量比和处理时间作为固定条件，通过处理来得到最佳的反应温度。
经过综合对比SEM图片可以得出，当淀粉与硫酸质量比为2％，处理时间为45min，处理的温度为180℃时，硫酸碳化淀粉沉积处理的效果最好。
短切碳纤维摩擦片的性能，通过全平均摩擦系数平均值对比可以很直观的看到，在升温过程中，摩擦系数总体稳定，保持在0.29-0.37之间，而根据GB5763-1998-4类衬片的摩擦系数0.25-0.7对比，说明在低温升高温的区间内，所制得的碳纤维制动摩擦片具有良好且稳定的摩擦系数，达到了标准要求。
按照GB5763-1998标准，样品面积为25mm×25mm×2＝1250mm2，经过测试和分析计算，得到从0℃开始升到测定摩擦系数所需温度，其包括升温过程的摩擦系数及整个过程的平均摩擦系数。样品A0-A5降温后半平均摩擦系数见表1。样品A0-A5的磨损率见表2。
结论：硫酸碳化淀粉液相沉积处理碳纤维通过SEM电镜图片观察表明，当淀粉与硫酸的质量之比为2％，处理时间为时间为45min，反应的温度为180℃时，碳纤维表面的沉积效果最好。
采用硫酸碳化淀粉液相沉积法处理的短切碳纤维为增强体，以腰果壳油改性酚醛树脂为粘结剂，以铜粉，重晶石，煅烧氧化铝粉，人造石墨，碳素石墨，橡胶粉和摩擦粉为填料改性剂，压力为25MPa下以干法压制成型。所压制的碳纤维摩擦片的摩擦系数稳定。其平均摩擦系数均保持在0.28-0.4之间，且不随着温度的升高而变化；经过处理的碳纤维摩擦片磨损率很小，其平均磨损率在0.1-0.5之间，比任何温度下规定的磨损率都小，磨损率最大值也达到标准要求。而未经过处理的短切碳纤维摩擦片的平均磨损率达到了0.85。当经过的处理纤维的含量在10％时其磨损率为0.1，磨损率最小。
表1样品A0-A5降温后半平均摩擦系数
表2样品A0-A5的磨损率

Claims (7)

1.采用硫酸碳化淀粉液相沉积处理碳纤维的方法，其特征在于包括下述步骤：
称取碳纤维0.1-1g，量取10-30ml的硫酸，再称取淀粉，淀粉和硫酸的质量比为1%-4%，然后将称量好的淀粉配制成质量浓度为5-15%的淀粉水溶液，上述混合液体加入圆底烧瓶进行反应，反应时间为15-60min，反应温度为120-200℃，得短切碳纤维。
2.根据权利要求1所述的采用硫酸碳化淀粉液相沉积处理碳纤维的方法，其特征在于所述的碳纤维用丙酮浸泡去除表面有机胶。
3.根据权利要求1所述的采用硫酸碳化淀粉液相沉积处理碳纤维的方法，其特征在于所述的淀粉和硫酸的质量比优选为2%。
4.根据权利要求1所述的采用硫酸碳化淀粉液相沉积处理碳纤维的方法，其特征在于所述的淀粉水溶液质量浓度优选为10%。
5.根据权利要求1所述的采用硫酸碳化淀粉液相沉积处理碳纤维的方法，其特征在于所述的反应时间优选为45min，反应温度优选为180℃。
6.根据权利要求1所述的采用硫酸碳化淀粉液相沉积处理碳纤维的方法，其特征在于所述的硫酸浓度为98wt%。
7.根据权利要求1所述的采用硫酸碳化淀粉液相沉积处理碳纤维的方法，其特征在于短切碳纤维在制备摩擦片中的应用。
CN201510930310.8A 2015-12-15 2015-12-15 采用硫酸碳化淀粉液相沉积处理碳纤维的方法 Expired - Fee Related CN105421035B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510930310.8A CN105421035B (zh) 2015-12-15 2015-12-15 采用硫酸碳化淀粉液相沉积处理碳纤维的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510930310.8A CN105421035B (zh) 2015-12-15 2015-12-15 采用硫酸碳化淀粉液相沉积处理碳纤维的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105421035A true CN105421035A (zh) 2016-03-23
CN105421035B CN105421035B (zh) 2017-12-01

Family

ID=55499554

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510930310.8A Expired - Fee Related CN105421035B (zh) 2015-12-15 2015-12-15 采用硫酸碳化淀粉液相沉积处理碳纤维的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105421035B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110528271A (zh) * 2019-07-29 2019-12-03 惠州学院 一种蔗糖炭化改性碳纤维的制备方法及其应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1461829A (zh) * 2002-05-31 2003-12-17 陈新谋 碳纤维表面缺陷的修补方法
CN1799687A (zh) * 2005-01-05 2006-07-12 中国科学院过程工程研究所 一种负载型TiO2光催化剂及其制备方法和光催化水质净化器
CN102296461A (zh) * 2010-06-25 2011-12-28 中国石油化工股份有限公司 一种提高碳纤维强度的方法
CN102587151A (zh) * 2011-01-11 2012-07-18 锴兴工业股份有限公司 碳纤维产品的表面处理方法
CN103046310A (zh) * 2012-12-03 2013-04-17 天津工业大学 一种修复碳纤维表面结构缺陷技术

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1461829A (zh) * 2002-05-31 2003-12-17 陈新谋 碳纤维表面缺陷的修补方法
CN1799687A (zh) * 2005-01-05 2006-07-12 中国科学院过程工程研究所 一种负载型TiO2光催化剂及其制备方法和光催化水质净化器
CN102296461A (zh) * 2010-06-25 2011-12-28 中国石油化工股份有限公司 一种提高碳纤维强度的方法
CN102587151A (zh) * 2011-01-11 2012-07-18 锴兴工业股份有限公司 碳纤维产品的表面处理方法
CN103046310A (zh) * 2012-12-03 2013-04-17 天津工业大学 一种修复碳纤维表面结构缺陷技术

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李伟等: "粉末涂层碳纤维制备碳_碳复合材料研究进展", 《材料导报》 *
王永垒等: "硫酸催化淀粉基碳材料的碳化工艺研究", 《化工新型材料》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110528271A (zh) * 2019-07-29 2019-12-03 惠州学院 一种蔗糖炭化改性碳纤维的制备方法及其应用
CN110528271B (zh) * 2019-07-29 2021-09-03 惠州学院 一种蔗糖炭化改性碳纤维的制备方法及其应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN105421035B (zh) 2017-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9631067B2 (en) Carbon fiber composite coated with silicon carbide and production method for same
JP5154448B2 (ja) 黒鉛材料及びその製造方法
JP2009517321A (ja) 炭素材料
CN110300787B (zh) 摩擦材料组合物、摩擦材料和摩擦部件
US5270280A (en) Packing material for liquid chromatography and method of manufacturing thereof
JP2007326999A (ja) 摩擦材
WO2005121592A1 (en) Method for producing carbon-carbon brake material with improved initial friction coefficient or “bite”
CA2616253A1 (en) Carbon-containing refractory, production method thereof, and pitch-containing refractory raw material
CN103350994B (zh) 比表面积和孔容可控的微介孔碳材料制备方法及微介孔碳材料
KR101323322B1 (ko) 복합재료 강화재용 탄소나노튜브의 제조방법
CN106083049A (zh) 一种自烧结制备各向同性石墨材料的方法
CN105421035A (zh) 采用硫酸碳化淀粉液相沉积处理碳纤维的方法
EP3380445A1 (de) Kohlenstoff-metall verbundwerkstoff
EP0157560A2 (en) Method of producing carbon materials
EP1657227A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Karbidkeramikmaterials mit definiertem gradierten Phasenverteilungsprofil, Karbidkeramikmaterial und Bauteil
KR101031689B1 (ko) 반도체 제조 장치용 고순도 탄소 섬유 강화 탄소 복합재 및 그의 제조 방법
US5547654A (en) Self-adhesive carbonaceous grains and high density carbon artifacts derived therefrom
CN115124346A (zh) 复合材料及其制备方法和应用
Patel et al. Microstructure and thermal behavio matrix material for car
EP3047906B1 (en) Method for producing solid acid by molding with a resin binder
US5137667A (en) Process for producing elastic graphite molded products
CN107353638B (zh) 一种造粒氧化锆填充的树脂基摩擦材料及其制备方法
CN112574574A (zh) 一种硅胶基碳材料取向型导热界面材料及其电磁制备方法
JP2700798B2 (ja) 炭素・黒鉛材料の製造方法
JP6922327B2 (ja) 黒鉛及びその製造方法、並びに混合物

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Zhou Li

Inventor after: Chu Tengyuan

Inventor after: Wu Guorui

Inventor before: Zhou Li

Inventor before: Wu Guorui

COR Change of bibliographic data
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20171201

Termination date: 20181215

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee