CN106978718A - 一种碳纤维快速贴附双相层碳纳米管的表面改性方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳纤维快速贴附双相层碳纳米管的表面改性方法，属于新材料领域。工艺包括以下步骤：(1)将碳纳米管与适量工质混合并压制成一定形貌的电极；(2)将两支碳纳米管电极对置，中间留有1‑2mm间距的缝隙；(3)将碳纤维单丝上浆；(4)将上浆后的碳纤维单丝以一定速度通过对置的碳纳米管电极缝隙；(5)将碳纤维单丝和碳纳米管电极接入高压电路使间隙中的碳纤维单丝对两边的碳纳米管电极放电；(6)对粘附碳纳米管的碳纤维进行干燥使上浆剂固化。本发明的有益效果是，整个实施方法十分简单，具有良好的产业化基础，可制备出性能更佳优良的碳纤维复合材料。
Description
所属技术领域：
本发明属于微纳米材料领域，具体涉及一种碳纳米管物理改性碳纤维的方法。
背景技术：
为增强碳纤维在基体材料中的界面强度和耐疲劳度，通过将具有优异力学、热学等性能的碳纳米管以物理或化学手段附着在碳纤维表面以增加碳纤维表面粗糙度以及与基体材料间的结合强度，被认为是一种行之有效的方法。为实现上述目的，多种实施方法被相继开发和发展；其中，由其以直接生长法、电泳法和化学接枝法为典型代表。
具体而言，直接生长法以碳纤维为基底，表面布有催化剂，往往以化学气相沉积法为碳纳米管生长手段在碳纤维基底上生长一定密度和取向的碳纳米管。从报道的资料来看，此法的改性效果最佳，具有碳纳米管附着牢固、附着量大以及具有良好取向等优点。但与此同时，该种方法生产成本高昂，操作环境复杂，产量难以扩大等劣势一直以来制约其发展，难以满足产业化的实际需求。电泳法和化学接枝法的共同特点是将碳纳米管通过一定方式分散于液相环境中，配成一定浓度的溶液再与碳纤维进行关联，相比于前一种方法而言，它们的生产效率有所提高，但碳纳米管附着量和附着密度低，且受液体表面张力影响，碳纳米管往往呈“倒伏”状，难以在基体中产生锚定效应，因此对产品实际性能的提升往往难以使人满意。
申请号：【201510963821.X】公开了一种碳纳米管的气相分散方法，该方法可将团聚严重的碳纳米管进行快速分散，分散后的碳纳米管留存于气相空间中以待后续应用，其具有分散效果好，碳纳米管分散体粘度高易附着，操作设备简单易得等优点。本申请结合该种方法，并进一步结合碳纤维表面改性的实际特点和工艺需求，发明了一种碳纤维快速贴附双相层碳纳米管的表面改性方法。其通过快速形成对碳纤维的双相碳纳米管附着层达到对碳纤维物理改性的目的；综合效果优于目前先进的CVD生长法；此外，该方法可在碳纤维生产环节直接进行实施，设备改造简单，生产成本低廉。
发明内容：
针对现有碳纳米管改性碳纤维技术的不足，本发明提供了一种综合效果好且易制备的碳纤维表面改性方法。
本发明所采用的技术方案是：将碳纳米管与适量工质混合并压制成一定形貌的电极(以下简称碳纳米管电极)，将两支碳纳米管电极对置，中间留有1-2mm间距的缝隙，将碳纤维单丝上浆后在浆液未完全干燥时以一定速度通过对置的碳纳米管电极缝隙，通过电极缝隙的碳纤维单丝可以是单根也可以是保持有一定距离的多根，上述过程碳纤维始终不能触碰碳纳米管电极；将碳纤维单丝和碳纳米管电极接入高压电使间隙中的碳纤维单丝对两边的碳纳米管电极放电，其中高压电可以是直流电也可以是交流电，电压下限应足够产生火花放电，电压上限以不对碳纤维和上浆剂造成破坏为准，根据碳纳米管分散原理，在放电等离子体的作用下，碳纳米管电极表面产生分散行为，释放被分散成单根或者少根形貌的碳纳米管；一部分被分散的碳纳米管脱离碳纳米管电极并粘附于碳纤维表面，形成一部分浸没于上浆剂中的液相碳纳米管层和一部分暴露于外界气体环境中气相碳纳米管层。对粘附双相层碳纳米管的碳纤维进行干燥以固化上浆剂，完成碳纳米管改性碳纤维的制备。
其制备工艺包括以下步骤：
(1)将碳纳米管与适量工质混合并压制成一定形貌的电极；
(2)将两支碳纳米管电极对置，中间留有1-2mm间距的缝隙；
(3)将碳纤维单丝上浆；
(4)将上浆后的碳纤维单丝以一定速度通过对置的碳纳米管电极缝隙；
(5)将碳纤维单丝和碳纳米管电极接入高压电路使间隙中的碳纤维单丝对两边的碳纳米管电极放电；
(6)对粘附碳纳米管的碳纤维进行干燥使上浆剂固化。
本发明的有益效果是，在碳纳米管的液相附着层中，碳纳米管起到了增加碳纤维表面粗糙度的良好效果，此外，值得注意的是使气相附着层中的碳纳米管具有与碳纤维牢固结合的根基；气相附着层的碳纳米管基于其独特的绒刺结构可使碳纤维在基体中获得更佳的界面强度和耐旧性；整个实施方法十分简单，并对碳纳米管具有定向的作用，具有良好的产业化基础，可制备出性能更佳优良的碳纤维复合材料。
附图说明：
附图1是本发明对碳纤维改性效果的电镜照片。
具体实施方式：
将碳纳米管与适量工质混合并压制成一定形貌的电极，将两支碳纳米管电极对置，中间留有1-2mm间距的缝隙，将碳纤维单丝上浆后在浆液未完全干燥时以一定速度通过对置的碳纳米管电极缝隙，通过电极缝隙的碳纤维单丝可以是单根也可以是保持有一定距离的多根，上述过程碳纤维始终不能触碰碳纳米管电极；将碳纤维单丝和碳纳米管电极接入高压电使间隙中的碳纤维单丝对两边的碳纳米管电极放电，其中高压电可以是直流电也可以是交流电，电压下限应足够产生火花放电，电压上限以不对碳纤维和上浆剂造成破坏为准，根据碳纳米管分散原理，在放电等离子体的作用下，碳纳米管电极表面产生分散行为，释放被分散成单根或者少根形貌的碳纳米管；一部分被分散的碳纳米管脱离碳纳米管电极并粘附于碳纤维表面，形成一部分浸没于上浆剂中的液相碳纳米管层和一部分暴露于外界气体环境中气相碳纳米管层。对粘附双相层碳纳米管的碳纤维进行干燥以固化上浆剂，完成碳纳米管改性碳纤维的制备。
其制备工艺包括以下步骤：
(1)将碳纳米管与适量工质混合并压制成一定形貌的电极；
(2)将两支碳纳米管电极对置，中间留有1-2mm间距的缝隙；
(3)将碳纤维单丝上浆；
(4)将上浆后的碳纤维单丝以一定速度通过对置的碳纳米管电极缝隙；
(5)将碳纤维单丝和碳纳米管电极接入高压电路使间隙中的碳纤维单丝对两边的碳纳米管电极放电；
(6)对粘附碳纳米管的碳纤维进行干燥使上浆剂固化。
Claims (5)
1.一种碳纤维快速贴附双相层碳纳米管的表面改性方法，其特征在于包含以下工艺步骤：
(1)将碳纳米管与适量工质混合并压制成一定形貌的电极；
(2)将两支碳纳米管电极对置，中间留有1-2mm间距的缝隙；
(3)将碳纤维单丝上浆；
(4)将上浆后的碳纤维单丝以一定速度通过对置的碳纳米管电极缝隙；
(5)将碳纤维单丝和碳纳米管电极接入高压电使间隙中的碳纤维单丝对两边的碳纳米管电极放电；
(6)对粘附碳纳米管的碳纤维进行干燥使上浆剂固化。
2.按权利要求1所述的一种碳纤维快速贴附双相层碳纳米管的表面改性方法，其特征在于：步骤(4)中碳纤维单丝通过碳纳米管电极缝隙时，碳纤维单丝上的上浆剂不能完全干燥。
3.按权利要求1所述的一种碳纤维快速贴附双相层碳纳米管的表面改性方法，其特征在于：步骤(4)中碳纤维单丝通过碳纳米管电极缝隙时，碳纤维单丝不能触碰碳纳米管电极。
4.按权利要求1所述的一种碳纤维快速贴附双相层碳纳米管的表面改性方法，其特征在于：步骤(5)高压电可以是直流电也可以是交流电，电压下限应足够产生火花放电，电压上限以不对碳纤维和上浆剂造成破坏为准。
5.按权利要求1所述的一种碳纤维快速贴附双相层碳纳米管的表面改性方法，其特征在于：以待改性碳纤维自身为电极，近距离直接粘附碳纳米管。
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