CN110592927A - 一种碳纤维的表面处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于碳纤维加工技术领域，尤其是一种碳纤维的表面处理方法，针对现有的碳纤维是一种高性能特种纤维，其碳含量在90％以上，表面含氧含氮基团极少，碳纤维与基体树脂的界面粘结性较差的问题，现提出如下方案，其包括以下步骤：S1：将选定的碳纤维进行低温等离子轰击处理；S2：采用显微镜观察S1中处理过后的碳纤维的表面粗糙度；S3：将S1中处理过后的碳纤维加入到含酮溶液中进行浸泡处理；S4：使用去离子水对浸泡过后的碳纤维进行反复清洗。本发明可以在碳纤维的表面明显增加含氧基团，增加碳纤维表面的粗糙程度，明显提升碳纤维与基体树脂的界面粘结性，且处理方法的成本低，值得广泛推广使用。

Description

一种碳纤维的表面处理方法
技术领域
本发明涉及碳纤维加工技术领域，尤其涉及一种碳纤维的表面处理方法。
背景技术
碳纤维具有优异的力学性能(尤其是拉伸性能)，因此经常作为复合材料的增强相，特别是碳纤维增强树脂基复合材料得到了越来越广泛的重视和应用。复合材料的力学性能除了取决于增强相和基体的力学性能外，还取决于界面应力的传递情况。碳纤维的表面呈化学惰性，表面能低，为憎液性，致使其与基体的粘结不良，因此碳纤维在使用前都要经过表面处理。目前，碳纤维表面处理主要是希望增强碳纤维的表面化学活性，增强碳纤维与基体间的界面粘结强度，以增强复合材料的使用性能。
现有的碳纤维是一种高性能特种纤维，其碳含量在90％以上，表面含氧含氮基团极少，碳纤维与基体树脂的界面粘结性较差，所以我们提出了一种碳纤维的表面处理方法，用以解决上述提出的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中碳纤维是一种高性能特种纤维，其碳含量在90％以上，表面含氧含氮基团极少，碳纤维与基体树脂的界面粘结性较差的缺点，而提出的一种碳纤维的表面处理方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种碳纤维的表面处理方法，包括以下步骤：
S1：将选定的碳纤维进行低温等离子轰击处理；
S2：采用显微镜观察S1中处理过后的碳纤维的表面粗糙度；
S3：将S1中处理过后的碳纤维加入到含酮溶液中进行浸泡处理；
S4：使用去离子水对浸泡过后的碳纤维进行反复清洗；
S5：对清洗过后的碳纤维进行表面的改性处理；
S6：将改性过后的碳纤维使用去离子水进行冲洗，在碳纤维的表面形成液膜；
S7：将S6中处理过后的碳纤维中加入至电解槽内；
S8：将S7中电解过后的碳纤维连续浸渍在化学溶液中；
S9：对浸渍过后的碳纤维进行干燥、上浆和收卷，最终结束对碳纤维的表面处理工作。
优选的，所述S1中，低温等离子轰击处理采用辉光放电、电晕放电、介质阻挡放电常压等离子矩的一种或者多种。
优选的，所述S2中，显微镜采用的为扫描隧道显微镜，可以观察等离子处理过后的碳纤维表面，可以直观的观察到经等离子处理过后的碳纤维表面更加粗糙。
优选的，所述S3中，含酮溶液选用的是处理过后的二甲基甲酮，浸泡时间为60S-180S，二甲基甲酮的温度为30摄氏度至50摄氏度。
优选的，所述S4中，去离子水反复冲洗碳纤维的表面，冲洗次数为3-5次，每次冲洗碳纤维表面的去离子水为200-300ml，冲洗速度为匀速。
优选的，所述S5中，对碳纤维表面改性的方法采用的是气相氧化法中的空气氧化法，这样选择的目的是为了降低成本。
优选的，所述S6中，改性过后的碳纤维表面会形成浆体，利用去离子水冲洗浆体4-5次，将碳纤维的表面清洗干净，在碳纤维的表面会形成液膜。
优选的，所述S7中，在电解槽内分别设置了阳极导电棒和负极导电棒，接通阳极导电棒和负极导电棒，对碳纤维进行阳极氧化处理。
优选的，所述S8中，化学溶液采用的氨水，其中氨水的质量分数为10-20%，碳纤维浸渍在氨水中的方式为间断式，一共浸渍三次，每次浸渍的时长为30-50S。
优选的，所述S9中，利用热风机对碳纤维的表面进行干燥，吹风时长为50-80S，在碳纤维的表面覆盖上浆料，收卷采用收卷机进行，自动化程度高，人工强度低。
本发明中，采用辉光放电的低温等离子轰击处理碳纤维的表面，利用选定的扫描隧道显微镜观察等离子处理过后的碳纤维表面，可以直观的观察到经等离子处理过后的碳纤维表面更加粗糙，将低温等离子体处理过后的碳纤维置入溶液温度为30摄氏度至50摄氏度二甲基甲酮溶液中，浸泡60S-180S，使用去离子水以匀速的速度冲洗碳纤维的表面3-5次，使碳纤维的表面呈现洁净的状态，清理过后，使用空气氧化法对碳纤维的表面进行改性处理，改性的同时可以在碳纤维的表面加入含氧基团，提高碳纤维表面的拉伸强度，改性过后的碳纤维表面会形成浆体，再利用常温的去离子水冲洗碳纤维的表面4-5次，在碳纤维的表面会形成一层液膜，将碳纤维置入设置了阳极导电棒和负极导电棒的电解槽内进行阳极氧化处理，处理过后，将碳纤维加入到质量分数为10-20%的氨水中进行浸泡，最后对浸泡过后的碳纤维进行干燥，上浆，收卷操作，完成对碳纤维表面的处理工作。
本发明对碳纤维的表面进行改性的方式为空气氧化法，可以在碳纤维的表面明显增加含氧基团，增加碳纤维表面的粗糙程度，明显提升碳纤维与基体树脂的界面粘结性，且处理方法的成本低，值得广泛推广。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
一种碳纤维的表面处理方法，包括以下步骤：
S1：将选定的碳纤维进行低温等离子轰击处理；
S2：采用显微镜观察S1中处理过后的碳纤维的表面粗糙度；
S3：将S1中处理过后的碳纤维加入到含酮溶液中进行浸泡处理；
S4：使用去离子水对浸泡过后的碳纤维进行反复清洗；
S5：对清洗过后的碳纤维进行表面的改性处理；
S6：将改性过后的碳纤维使用去离子水进行冲洗，在碳纤维的表面形成液膜；
S7：将S6中处理过后的碳纤维中加入至电解槽内；
S8：将S7中电解过后的碳纤维连续浸渍在化学溶液中；
S9：对浸渍过后的碳纤维进行干燥、上浆和收卷，最终结束对碳纤维的表面处理工作。
本实施例中，S1中，低温等离子轰击处理采用辉光放电、电晕放电、介质阻挡放电常压等离子矩的一种或者多种，S2中，显微镜采用的为扫描隧道显微镜，可以观察等离子处理过后的碳纤维表面，可以直观的观察到经等离子处理过后的碳纤维表面更加粗糙，S3中，含酮溶液选用的是处理过后的二甲基甲酮，浸泡时间为60S-180S，二甲基甲酮的温度为30摄氏度至50摄氏度，S4中，去离子水反复冲洗碳纤维的表面，冲洗次数为3-5次，每次冲洗碳纤维表面的去离子水为200-300ml，冲洗速度为匀速，S5中，对碳纤维表面改性的方法采用的是气相氧化法中的空气氧化法，这样选择的目的是为了降低成本，S6中，改性过后的碳纤维表面会形成浆体，利用去离子水冲洗浆体4-5次，将碳纤维的表面清洗干净，在碳纤维的表面会形成液膜，S7中，在电解槽内分别设置了阳极导电棒和负极导电棒，接通阳极导电棒和负极导电棒，对碳纤维进行阳极氧化处理，S8中，化学溶液采用的氨水，其中氨水的质量分数为10-20%，碳纤维浸渍在氨水中的方式为间断式，一共浸渍三次，每次浸渍的时长为30-50S，S9中，利用热风机对碳纤维的表面进行干燥，吹风时长为50-80S，在碳纤维的表面覆盖上浆料，收卷采用收卷机进行，自动化程度高，人工强度。
本实施例中，通过使用空气氧化法的方式对碳纤维的表面进行改性的同时也为碳纤维的表面加入了含氧基团，可以明显的提升碳纤维表面的拉伸强度。
本实施例中，收卷机是卷料加工生产线的收料部分，把原材料通过机械方式收卷成卷料，广泛运用在纸卷，布卷，塑料卷，金属卷材加工生产线上，根据实际工艺要求设计多样化，常见的有简易收卷机，液压收卷机，收卷机一般对材料有卷内径，卷外径，卷材料厚度，宽度都有严格要求。
本实施例中，采用辉光放电的低温等离子轰击处理碳纤维的表面，利用选定的扫描隧道显微镜观察等离子处理过后的碳纤维表面，可以直观的观察到经等离子处理过后的碳纤维表面更加粗糙，将低温等离子体处理过后的碳纤维置入溶液温度为30摄氏度至50摄氏度二甲基甲酮溶液中，浸泡60S-180S，使用去离子水以匀速的速度冲洗碳纤维的表面3-5次，使碳纤维的表面呈现洁净的状态，清理过后，使用空气氧化法对碳纤维的表面进行改性处理，改性的同时可以在碳纤维的表面加入含氧基团，提高碳纤维表面的拉伸强度，改性过后的碳纤维表面会形成浆体，再利用常温的去离子水冲洗碳纤维的表面4-5次，在碳纤维的表面会形成一层液膜，将碳纤维置入设置了阳极导电棒和负极导电棒的电解槽内进行阳极氧化处理，处理过后，将碳纤维加入到质量分数为10-20%的氨水中进行浸泡，最后对浸泡过后的碳纤维进行干燥，上浆，收卷操作，完成对碳纤维表面的处理工作。
本实施例中，对本实施中的碳纤维的表面处理方法和以往的碳纤维的表面处理方法，本实施例的碳纤维的表面粘性程度较以往的表面粘性程度至少提高了2.4%-3.8%。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种碳纤维的表面处理方法，包括以下步骤：
S1：将选定的碳纤维进行低温等离子轰击处理；
S2：采用显微镜观察S1中处理过后的碳纤维的表面粗糙度；
S3：将S1中处理过后的碳纤维加入到含酮溶液中进行浸泡处理；
S4：使用去离子水对浸泡过后的碳纤维进行反复清洗；
S5：对清洗过后的碳纤维进行表面的改性处理；
S6：将改性过后的碳纤维使用去离子水进行冲洗，在碳纤维的表面形成液膜；
S7：将S6中处理过后的碳纤维中加入至电解槽内；
S8：将S7中电解过后的碳纤维连续浸渍在化学溶液中；
S9：对浸渍过后的碳纤维进行干燥、上浆和收卷，最终结束对碳纤维的表面处理工作。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维的表面处理方法，其特征在于，所述S1中，低温等离子轰击处理采用辉光放电、电晕放电、介质阻挡放电常压等离子矩的一种或者多种。
3.根据权利要求1所述的一种碳纤维的表面处理方法，其特征在于，所述S2中，显微镜采用的为扫描隧道显微镜。
4.根据权利要求1所述的一种碳纤维的表面处理方法，其特征在于，所述S3中，含酮溶液选用的是处理过后的二甲基甲酮，浸泡时间为60S-180S，二甲基甲酮的温度为30摄氏度至50摄氏度。
5.根据权利要求1所述的一种碳纤维的表面处理方法，其特征在于，所述S4中，去离子水反复冲洗碳纤维的表面，冲洗次数为3-5次，每次冲洗碳纤维表面的去离子水为200-300ml，冲洗速度为匀速。
6.根据权利要求1所述的一种碳纤维的表面处理方法，其特征在于，所述S5中，对碳纤维表面改性的方法采用的是气相氧化法中的空气氧化法。
7.根据权利要求1所述的一种碳纤维的表面处理方法，其特征在于，所述S6中，改性过后的碳纤维表面会形成浆体，利用去离子水冲洗浆体4-5次，将碳纤维的表面清洗干净，在碳纤维的表面会形成液膜。
8.根据权利要求1所述的一种碳纤维的表面处理方法，其特征在于，所述S7中，在电解槽内分别设置了阳极导电棒和负极导电棒，接通阳极导电棒和负极导电棒，对碳纤维进行阳极氧化处理。
9.根据权利要求1所述的一种碳纤维的表面处理方法，其特征在于，所述S8中，化学溶液采用的氨水，其中氨水的质量分数为10-20%，碳纤维浸渍在氨水中的方式为间断式，一共浸渍三次，每次浸渍的时长为30-50S。
10.根据权利要求1所述的一种碳纤维的表面处理方法，其特征在于，所述S9中，利用热风机对碳纤维的表面进行干燥，吹风时长为50-80S，在碳纤维的表面覆盖上浆料，收卷采用收卷机进行。
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