CN111979757B - 一种利用刚柔相济高分子体系对沥青基碳纤维表面改性的方法 - Google Patents

一种利用刚柔相济高分子体系对沥青基碳纤维表面改性的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用刚柔相济高分子体系对沥青基碳纤维表面改性的方法，将去剂处理后的沥青基碳纤维，依次用浓硝酸、氢化铝锂/四氢呋喃的饱和溶液和硅烷偶联剂溶液进行羧基化、羟基化及氨基化处理，再采用浸渍法在沥青基碳纤维表面接枝刚性的聚多巴胺和柔性的聚醚胺，完成沥青基碳纤维表面的改性，以在沥青基碳纤维表面形成刚柔相济高分子体系的修饰涂层，修饰涂层在碳纤维表面呈颗粒状均匀涂覆，与树脂复合后可在界面区形成刚柔杂化的交联网状结构，有利于应力的传递；同时，界面区存在共价键、氢键和π‑π多种界面键合作用，起到良好的桥接作用，从而能够提高沥青基碳纤维/树脂复合材料的界面强度。

Description

一种利用刚柔相济高分子体系对沥青基碳纤维表面改性的 方法
技术领域
本发明属于材料的表面与界面改性领域，具体涉及一种利用刚柔相济高分子体系对沥青基碳纤维表面改性的方法。
背景技术
沥青基碳纤维是指以沥青等富含稠环芳烃的物质为原料，通过聚合、纺丝、不熔化、碳化处理制备的一类碳纤维，具有高模量、极低的热膨胀系数和优异的导热、导电性能，可作为高温结构材料、高导热材料和高温烧蚀材料用于航空航天、能源、电子器件等领域。然而，相比占主导市场的聚丙烯腈基碳纤维，沥青基碳纤维的石墨化程度更高，使其纤维表面的化学惰性更大，非常不利于纤维与树脂的浸润与粘结。目前已报到的未经改性的沥青基碳纤维/树脂复合材料的界面强度仅为6-40MPa，远达不到沥青基碳纤维复合材料在高性能尖端设备等上应用的要求，因此，寻找一条提高沥青基碳纤维复合材料界面性能的行之有效的改性方法显得尤为重要。
由于国际技术的垄断，我国前期致力于纤维本体的制备，导致我国在沥青基碳纤维复合材料领域的发展起步慢，在其表面改性的研究领域存在一定的短板。现有的沥青基碳纤维表面改性方法局限于气相液相氧化法、电化学氧化、等离子体处理和镀层法等，改性方法的种类远不及聚丙烯腈基碳纤维，且对复合材料界面性能提升的效果有限。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种利用刚柔相济高分子体系对沥青基碳纤维表面改性的方法，对沥青基碳纤维的表面进行改性，以提高沥青基碳纤维/树脂复合材料的界面强度。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案为：包括以下步骤：
1)羟基化处理：将去剂处理后的沥青基碳纤维置于浓硝酸中，在70～90℃冷凝回流6～12h后取出，再置于氢化铝锂/四氢呋喃的饱和溶液中，在50～70℃冷凝回流2～4h后取出，并清洗干燥；
2)氨基化处理：将羟基化处理后的沥青基碳纤维置于硅烷偶联剂溶液中，在60～80℃冷凝回流2～4h后取出，并清洗干燥；
3)刚性高分子修饰：向100～200ml的三羟甲基氨基甲烷缓冲液中滴加盐酸，直至溶液的pH＝8.5，将0.3～0.5g的氨基化处理后的沥青基碳纤维置于溶液中分散，再向溶液中添加0.1～0.2g的多巴胺，室温静置反应12～24h后取出沥青基碳纤维，并清洗干燥；
4)柔性高分子修饰：向100～200ml的二甲基甲酰胺溶液中加入0.1～0.2g聚醚胺，并分散后加入0.3～0.5g的刚性高分子修饰后的沥青基碳纤维，浸渍10～20min后取出清洗干燥，即得到刚柔相济高分子体系表面改性的沥青基碳纤维。
进一步地，所述步骤1)中去剂处理包括：以丙酮为溶剂，采用索氏萃取法将沥青基碳纤维在70℃～80℃冷凝回流24～48h后，在60～80℃下干燥6～12h。
进一步地，所述步骤1)中浓硝酸的质量浓度为65％，清洗干燥包括：用无水乙醇和去离子水清洗多次后，在60～80℃下干燥2～4h。
进一步地，所述步骤2)中硅烷偶联剂溶液是按照硅烷偶联剂：无水乙醇溶液＝1:(4～5)质量比超声分散配制得到。
进一步地，所述硅烷偶联剂包括3-氨基丙基三乙氧基硅烷或3-氨基丙基三甲氧基硅烷。
进一步地，所述步骤2)中清洗干燥包括：用去离子水清洗多次后，在60～80℃下干燥2～4h。
进一步地，所述步骤3)中氨基化处理后的沥青基碳纤维置于溶液中采用超声分散5～15min，清洗干燥包括：用去离子水清洗多次后，在50～70℃下干燥12～24h。
进一步地，所述步骤4)中二甲基甲酰胺溶液中加入聚醚胺采用超声分散10～20min。
进一步地，所述步骤4)中清洗干燥包括：用去离子水清洗多次后，在50～70℃下干燥12～24h。
进一步地，所述沥青基碳纤维为沥青基碳纤维长丝。
与现有技术相比，本发明将去剂处理后的沥青基碳纤维，依次用硝酸、氢化铝锂/四氢呋喃的饱和溶液和硅烷偶联剂溶液进行羧基化、羟基化及氨基化处理，再采用浸渍法在沥青基碳纤维表面接枝刚性的聚多巴胺和柔性的聚醚胺，完成沥青基碳纤维表面的改性，以在沥青基碳纤维表面形成刚柔相济高分子体系的修饰涂层，修饰涂层在碳纤维表面呈颗粒状均匀涂覆，与树脂复合后可在界面区形成刚柔杂化的交联网状结构，有利于应力的传递；同时，界面区存在共价键、氢键和π-π多种界面键合作用，起到良好的桥接作用，从而能够提高沥青基碳纤维/树脂复合材料的界面强度，相比于未改性的沥青基碳纤维，采用本发明的方法对沥青基碳纤维的表面改性后形成的沥青基碳纤维/树脂复合材料的界面剪切强度可以提高达到428％，远超相关技术的提高幅度，大大提升了沥青基碳纤维复合材料的应用领域。
附图说明
图1是本发明实施例一制备得到的刚柔相济高分子体系表面改性的沥青基碳纤维的扫描电镜图；
图2是采用本发明实施例一制备得到的刚柔相济高分子体系表面改性的沥青基碳纤维/树脂复合材料与未采用本发明方法制备的去剂后的沥青基碳纤维/树脂复合材料的界面剪切强度的对比图，其中，1是未采用本发明方法制备的去剂后的沥青基碳纤维/树脂复合材料的界面剪切强度，2是采用本发明实施例一制备得到的刚柔相济高分子体系表面改性的沥青基碳纤维/树脂复合材料的界面剪切强度。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体的实施例对本发明作进一步地解释说明，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本发明提供了一种利用刚柔相济高分子体系对沥青基碳纤维表面改性的方法，包括以下步骤：
1)去剂处理：以丙酮为溶剂，采用索氏萃取法将沥青基碳纤维在70～80℃冷凝回流24～48h后，在60～80℃下干燥6～12h；优选地，沥青基碳纤维为沥青基碳纤维长丝；
2)羟基化处理：将去剂处理后的沥青基碳纤维置于浓硝酸中，在70～90℃冷凝回流6～12h后取出，再置于氢化铝锂/四氢呋喃的饱和溶液中，在50～70℃冷凝回流2～4h后取出，并用无水乙醇和去离子水清洗多次后，在60～80℃下干燥2～4h；优选地，浓硝酸的质量浓度为65％；
3)氨基化处理：将羟基化处理后的沥青基碳纤维置于硅烷偶联剂溶液中，在60～80℃冷凝回流2～4h后取出，并用去离子水清洗多次后，在60～80℃下干燥2～4h；优选地，硅烷偶联剂溶液是按照硅烷偶联剂：无水乙醇溶液＝1:(4～5)质量比超声分散配制得到，硅烷偶联剂包括3-氨基丙基三乙氧基硅烷或3-氨基丙基三甲氧基硅烷；
4)刚性高分子修饰：向100～200ml的三羟甲基氨基甲烷缓冲液中滴加一定量的盐酸直至溶液的pH＝8.5，后将0.3～0.5g的氨基化处理后的沥青基碳纤维置于该溶液中超声分散5～15min，然后添加0.1～0.2g的多巴胺，室温静置反应12～24h后取出，
用去离子水清洗多次后，在50～70℃下干燥12～24h；
5)柔性高分子修饰：向100～200ml的二甲基甲酰胺溶液中加入0.1～0.2g的聚醚胺，超声分散10～20min后加入0.3～0.5g的刚性高分子修饰后的沥青基碳纤维，浸渍10～20min后，用去离子水清洗多次后，在50～70℃下干燥12～24h，即得到刚柔相济高分子体系表面改性的沥青基碳纤维。
而后，利用刚柔相济高分子体系表面改性的沥青基碳纤维可以制备沥青基碳纤维/树脂复合材料，由于在沥青基碳纤维表面接枝刚性的聚多巴胺和柔性的聚醚胺，在沥青基碳纤维表面形成刚柔相济高分子体系的修饰涂层，修饰涂层在碳纤维表面呈颗粒状均匀涂覆，与树脂复合后可在界面区形成刚柔杂化的交联网状结构，有利于应力的传递；同时，界面区存在共价键、氢键和π-π多种界面键合作用，起到良好的桥接作用，从而能够提高沥青基碳纤维/树脂复合材料的界面强度，解决了现有沥青基碳纤维表面处理方法在提高沥青基/树脂复合材料界面强度幅度有限的问题，经过试验验证，复合材料的界面强度提高达到428％，该提高幅度远超现有已报道的提高幅度(20％～235％)，大大提升了沥青基碳纤维复合材料的应用领域。
实施例一：
1)表面去剂：
以丙酮为溶剂，采用索氏萃取法将沥青基碳纤维在80℃冷凝回流48h后，在80℃下干燥12h；
2)表面羟基化：
将去剂后的沥青基碳纤维置于65％浓硝酸中，在80℃冷凝回流12h后取出，放置于饱和的氢化铝锂/四氢呋喃饱和溶液中，在60℃冷凝回流2h后用无水乙醇和去离子水清洗多次，然后在60℃下干燥3h；
3)表面氨基化：
按硅烷偶联剂3-氨基丙基三乙氧基硅烷：无水乙醇溶液＝1:4质量比超声分散配置硅烷偶联剂溶液，后将羟基化的沥青基碳纤维置于硅烷偶联剂溶液中，在60℃冷凝回流3h后用去离子水清洗多次，然后在60℃下干燥3h；
4)刚性高分子修饰：
向100ml的三羟甲基氨基甲烷缓冲液中滴加一定量的盐酸直至溶液的pH＝8.5，后将0.5g的氨基化的沥青基碳纤维置于该溶液中超声分散10min，然后添加0.1g的多巴胺，室温静置反应24h后取出，用去离子水清洗多次后，在50℃下干燥12h；
5)柔性高分子修饰：
向100ml的二甲基甲酰胺溶液中加入0.1g聚醚胺，超声分散15min后加入0.5g刚性高分子修饰的沥青基碳纤维，浸渍15min后，用去离子水清洗多次后，在50℃下干燥12h，即得到刚柔相济高分子体系表面改性的沥青基碳纤维。
对实施例一得到的刚柔相济高分子体系表面改性的沥青基碳纤维进行电镜扫描，参见图1，刚柔相济高分子体系的修饰层在沥青基碳纤维表面呈颗粒状均匀分布，利用实施例一得到的刚柔相济高分子体系表面改性的沥青基碳纤维制备得到沥青基碳纤维/树脂复合材料，对该沥青基碳纤维/树脂复合材料进行界面剪切强度试验，并以未采用本实施例方法制备的去剂后的沥青基碳纤维/树脂复合材料作为对比，参见图2，相比未表面改性的沥青基碳纤维，采用实施例一制备的刚柔相济高分子体系修饰的沥青基碳纤维制备得到/的复合材料的界面剪切强度提高了428％，大幅度提高了沥青基碳纤维/树脂复合材料的界面强度。
实施例二：
1)表面去剂：
以丙酮为溶剂，采用索氏萃取法将碳纤维在70℃冷凝回流24h后，在60℃下干燥6h；
2)表面羟基化：
将去剂后的碳纤维置于65％浓硝酸中，在70℃冷凝回流8h后取出，放置于饱和的氢化铝锂/四氢呋喃饱和溶液中，在70℃冷凝回流4h后用无水乙醇和去离子水清洗多次，然后在60℃下干燥4h；
3)表面氨基化：
按硅烷偶联剂：无水乙醇溶液＝1:4.3质量比超声分散配置硅烷偶联剂溶液，后将羟基化的碳纤维置于硅烷偶联剂溶液中，在60℃冷凝回流4h后用去离子水清洗多次，然后在60℃下干燥4h；
4)刚性高分子修饰：
向150ml的三羟甲基氨基甲烷缓冲液中滴加一定量的盐酸直至溶液的pH＝8.5,后将0.4g氨基化的碳纤维置于该溶液中超声分散10min，然后添加0.15g多巴胺，室温静置反应12h，后用去离子水清洗多次，然后在60℃下干燥24h；
5)柔性高分子修饰：
向150ml的二甲基甲酰胺溶液中加入0.15g聚醚胺，超声分散20min后加入0.4g表面“刚性”高分子修饰的碳纤维，浸渍15min，后用去离子水清洗多次，然后在60℃下干燥24h，即得到刚柔相济高分子体系表面改性的沥青基碳纤维。
相比未改性的沥青基碳纤维，实施例二制备的刚柔相济高分子体系修饰的碳纤维/树脂复合材料的界面剪切强度提高了387％。
实施例三：
1)表面去剂：
以丙酮为溶剂，采用索氏萃取法将碳纤维在75℃冷凝回流36h，后在70℃下干燥10h；
2)表面羟基化：
将去剂后的碳纤维置于65％浓硝酸中，在90℃冷凝回流6h后取出，放置于饱和的氢化铝锂/四氢呋喃饱和溶液中，在50℃冷凝回流3h后用无水乙醇和去离子水清洗多次，然后在60℃下干燥2h；
3)表面氨基化：
按硅烷偶联剂：无水乙醇溶液＝1:5质量比超声分散配置硅烷偶联剂溶液，后将羟基化的碳纤维置于硅烷偶联剂溶液中，在60℃冷凝回流2h后用去离子水清洗多次，然后在60℃下干燥2h；
4)刚性高分子修饰：
向200ml的三羟甲基氨基甲烷缓冲液中滴加一定量的盐酸直至溶液的pH＝8.5,后将0.3g氨基化的碳纤维置于该溶液中超声分散5min，然后添加0.2g多巴胺，室温静置反应18h，后用去离子水清洗多次，然后在70℃下干燥18h；
5)柔性高分子修饰：
向200ml的二甲基甲酰胺溶液中加入0.2g聚醚胺，超声分散10min后加入0.3g表面“刚性”高分子修饰的碳纤维，浸渍20min，后用去离子水清洗多次，然后在70℃下干燥18h，即得到刚柔相济高分子体系表面改性的沥青基碳纤维。
相比未改性的沥青基碳纤维，实施例三制备的刚柔相济高分子体系修饰的碳纤维/树脂复合材料的界面剪切强度提高了396％。
实施例四：
1)去剂处理：
以丙酮为溶剂，采用索氏萃取法将沥青基碳纤维在70℃冷凝回流24h后，在60℃下干燥6h；
2)羟基化处理：
将去剂处理后的沥青基碳纤维置于65％浓硝酸中，在70℃冷凝回流6h后取出，再置于氢化铝锂/四氢呋喃的饱和溶液中，在50℃冷凝回流2h后取出，并用无水乙醇和去离子水清洗多次后，在60℃下干燥2h；
3)氨基化处理：
按照硅烷偶联剂3-氨基丙基三甲氧基硅烷：无水乙醇溶液＝1:4质量比超声分散配制硅烷偶联剂溶液，将羟基化处理后的沥青基碳纤维置于硅烷偶联剂溶液中，在60℃冷凝回流2h后取出，并用去离子水清洗多次后，在60℃下干燥2h；
4)刚性高分子修饰：
向100ml的三羟甲基氨基甲烷缓冲液中滴加一定量的盐酸直至溶液的pH＝8.5，后将0.3g的氨基化处理后的沥青基碳纤维置于该溶液中超声分散5min，然后添加0.1g的多巴胺，室温静置反应12h后取出，用去离子水清洗多次后，在50℃下干燥12h；
5)柔性高分子修饰：
向100ml的二甲基甲酰胺溶液中加入0.1g的聚醚胺，超声分散10min后加入0.3g的刚性高分子修饰后的沥青基碳纤维，浸渍10min后，用去离子水清洗多次后，在50℃下干燥12h，即得到刚柔相济高分子体系表面改性的沥青基碳纤维。
实施例五：
1)去剂处理：
以丙酮为溶剂，采用索氏萃取法将沥青基碳纤维在80℃冷凝回流48h后，在80℃下干燥12h；
2)羟基化处理：
将去剂处理后的沥青基碳纤维置于65％浓硝酸中，在90℃冷凝回流12h后取出，再置于氢化铝锂/四氢呋喃的饱和溶液中，在70℃冷凝回流4h后取出，并用无水乙醇和去离子水清洗多次后，在80℃下干燥4h；
3)氨基化处理：
按照硅烷偶联剂3-氨基丙基三乙氧基硅烷：无水乙醇溶液＝1:5质量比超声分散配制硅烷偶联剂溶液，将羟基化处理后的沥青基碳纤维置于硅烷偶联剂溶液中，在80℃冷凝回流4h后取出，并用去离子水清洗多次后，在80℃下干燥4h；
4)刚性高分子修饰：向200ml的三羟甲基氨基甲烷缓冲液中滴加一定量的盐酸直至溶液的pH＝8.5，后将0.5g的氨基化处理后的沥青基碳纤维置于该溶液中超声分散15min，然后添加0.2g的多巴胺，室温静置反应24h后取出，用去离子水清洗多次后，在70℃下干燥24h；
5)柔性高分子修饰：向200ml的二甲基甲酰胺溶液中加入0.2g的聚醚胺，超声分散20min后加入0.5g的刚性高分子修饰后的沥青基碳纤维，浸渍20min后，用去离子水清洗多次后，在70℃下干燥24h，即得到刚柔相济高分子体系表面改性的沥青基碳纤维。
实施例六：
1)去剂处理：
以丙酮为溶剂，采用索氏萃取法将沥青基碳纤维在75℃冷凝回流36h后，在70℃下干燥9h；
2)羟基化处理：
将去剂处理后的沥青基碳纤维置于65％浓硝酸中，在80℃冷凝回流9h后取出，再置于氢化铝锂/四氢呋喃的饱和溶液中，在60℃冷凝回流3h后取出，并用无水乙醇和去离子水清洗多次后，在70℃下干燥3h；
3)氨基化处理：
按照硅烷偶联剂3-氨基丙基三甲氧基硅烷：无水乙醇溶液＝1:4.5质量比超声分散配制硅烷偶联剂溶液，将羟基化处理后的沥青基碳纤维置于硅烷偶联剂溶液中，在70℃冷凝回流3h后取出，并用去离子水清洗多次后，在70℃下干燥3h；
4)刚性高分子修饰：
向150ml的三羟甲基氨基甲烷缓冲液中滴加一定量的盐酸直至溶液的pH＝8.5，后将0.4g的氨基化处理后的沥青基碳纤维置于该溶液中超声分散10min，然后添加0.15g的多巴胺，室温静置反应18h后取出，用去离子水清洗多次后，在60℃下干燥18h；
5)柔性高分子修饰：
向150ml的二甲基甲酰胺溶液中加入0.15g的聚醚胺，超声分散15min后加入0.4g的刚性高分子修饰后的沥青基碳纤维，浸渍15min后，用去离子水清洗多次后，在60℃下干燥18h，即得到刚柔相济高分子体系表面改性的沥青基碳纤维。
实施例七：
1)去剂处理：
以丙酮为溶剂，采用索氏萃取法将沥青基碳纤维在73℃冷凝回流30h后，在65℃下干燥8h；
2)羟基化处理：
将去剂处理后的沥青基碳纤维置于65％浓硝酸中，在75℃冷凝回流8h后取出，再置于氢化铝锂/四氢呋喃的饱和溶液中，在55℃冷凝回流2.5h后取出，并用无水乙醇和去离子水清洗多次后，在65℃下干燥3.5h；
3)氨基化处理：
按照硅烷偶联剂：无水乙醇溶液＝1:4.6质量比超声分散配制硅烷偶联剂溶液，将羟基化处理后的沥青基碳纤维置于硅烷偶联剂溶液中，在67℃冷凝回流2.5h后取出，并用去离子水清洗多次后，在66℃下干燥2.3h；
4)刚性高分子修饰：
向140ml的三羟甲基氨基甲烷缓冲液中滴加一定量的盐酸直至溶液的pH＝8.5，后将0.35g的氨基化处理后的沥青基碳纤维置于该溶液中超声分散8min，然后添加0.12g的多巴胺，室温静置反应16h后取出，用去离子水清洗多次后，在55℃下干燥16h；
5)柔性高分子修饰：
向130ml的二甲基甲酰胺溶液中加入0.14g的聚醚胺，超声分散14min后加入0.35g的刚性高分子修饰后的沥青基碳纤维，浸渍16min后，用去离子水清洗多次后，在56℃下干燥17h，即得到刚柔相济高分子体系表面改性的沥青基碳纤维。
实施例八：
1)去剂处理：
以丙酮为溶剂，采用索氏萃取法将沥青基碳纤维在78℃冷凝回流40h后，在75℃下干燥10h；
2)羟基化处理：
将去剂处理后的沥青基碳纤维置于65％浓硝酸中，在85℃冷凝回流10h后取出，再置于氢化铝锂/四氢呋喃的饱和溶液中，在65℃冷凝回流3.5h后取出，并用无水乙醇和去离子水清洗多次后，在76℃下干燥3.8h；
3)氨基化处理：
按照硅烷偶联剂：无水乙醇溶液＝1:4.8质量比超声分散配制硅烷偶联剂溶液，将羟基化处理后的沥青基碳纤维置于硅烷偶联剂溶液中，在75℃冷凝回流3.6h后取出，并用去离子水清洗多次后，在75℃下干燥3.2h；
4)刚性高分子修饰：向180ml的三羟甲基氨基甲烷缓冲液中滴加一定量的盐酸直至溶液的pH＝8.5，后将0.48g的氨基化处理后的沥青基碳纤维置于该溶液中超声分散13min，然后添加0.18g的多巴胺，室温静置反应20h后取出，用去离子水清洗多次后，在67℃下干燥22h；
5)柔性高分子修饰：向170ml的二甲基甲酰胺溶液中加入0.16g的聚醚胺，超声分散16min后加入0.46g的刚性高分子修饰后的沥青基碳纤维，浸渍17min后，用去离子水清洗多次后，在68℃下干燥23h，即得到刚柔相济高分子体系表面改性的沥青基碳纤维。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种利用刚柔相济高分子体系对沥青基碳纤维表面改性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）羟基化处理：以丙酮为溶剂，采用索氏萃取法将沥青基碳纤维在70~80℃冷凝回流24~48h后，在60~80℃下干燥6~12h后置于浓硝酸中，在70~90℃冷凝回流6~12 h后取出，再置于氢化铝锂/四氢呋喃的饱和溶液中，在50~70℃冷凝回流2~4 h后取出，并清洗干燥；
2）氨基化处理：将羟基化处理后的沥青基碳纤维置于硅烷偶联剂溶液中，在60~80℃冷凝回流2~4 h后取出，并清洗干燥；
3）刚性高分子修饰：向100~200ml的三羟甲基氨基甲烷缓冲液中滴加盐酸，直至溶液的pH=8.5，将0.3~0.5g的氨基化处理后的沥青基碳纤维置于溶液中分散，再向溶液中添加0.1~0.2g的多巴胺，室温静置反应12~24h后取出沥青基碳纤维，并清洗干燥；
4）柔性高分子修饰：向100~200ml的二甲基甲酰胺溶液中加入0.1~0.2g聚醚胺，并分散后加入0.3~0.5g的刚性高分子修饰后的沥青基碳纤维，浸渍10~20 min后取出清洗干燥，即得到刚柔相济高分子体系表面改性的沥青基碳纤维。
2.根据权利要求1所述的一种利用刚柔相济高分子体系对沥青基碳纤维表面改性的方法，其特征在于，所述步骤1）中浓硝酸的质量浓度为65%，清洗干燥包括：用无水乙醇和去离子水清洗多次后，在60~80℃下干燥2~4h。
3.根据权利要求1所述的一种利用刚柔相济高分子体系对沥青基碳纤维表面改性的方法，其特征在于，所述步骤2）中硅烷偶联剂溶液是按照硅烷偶联剂：无水乙醇溶液=1:（4~5）质量比超声分散配制得到。
4.根据权利要求3所述的一种利用刚柔相济高分子体系对沥青基碳纤维表面改性的方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂包括3-氨基丙基三乙氧基硅烷或3-氨基丙基三甲氧基硅烷。
5.根据权利要求3所述的一种利用刚柔相济高分子体系对沥青基碳纤维表面改性的方法，其特征在于，所述步骤2）中清洗干燥包括：用去离子水清洗多次后，在60~80℃下干燥2~4h。
6.根据权利要求1所述的一种利用刚柔相济高分子体系对沥青基碳纤维表面改性的方法，其特征在于，所述步骤3）中氨基化处理后的沥青基碳纤维置于溶液中采用超声分散5~15min，清洗干燥包括：用去离子水清洗多次后，在50~70℃下干燥12~24h。
7.根据权利要求1所述的一种利用刚柔相济高分子体系对沥青基碳纤维表面改性的方法，其特征在于，所述步骤4）中二甲基甲酰胺溶液中加入聚醚胺采用超声分散10~20min。
8.根据权利要求7所述的一种利用刚柔相济高分子体系对沥青基碳纤维表面改性的方法，其特征在于，所述步骤4）中清洗干燥包括：用去离子水清洗多次后，在50~70℃下干燥12~24h。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种利用刚柔相济高分子体系对沥青基碳纤维表面改性的方法，其特征在于，所述沥青基碳纤维为沥青基碳纤维长丝。
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CN114477797B (zh) * 2022-01-26 2023-05-19 陕西科技大学 一种玄武岩纤维表面改性方法
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103643503A (zh) * 2013-11-25 2014-03-19 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种硅烷偶联剂改性碳纤维表面的处理方法
CN109881485A (zh) * 2019-03-26 2019-06-14 陕西科技大学 一种多巴胺/聚醚胺多层修饰碳纤维及其制备方法
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Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103643503A (zh) * 2013-11-25 2014-03-19 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种硅烷偶联剂改性碳纤维表面的处理方法
WO2020167760A1 (en) * 2019-02-12 2020-08-20 Drexel University High throughput carbon fiber surface modification
CN109881485A (zh) * 2019-03-26 2019-06-14 陕西科技大学 一种多巴胺/聚醚胺多层修饰碳纤维及其制备方法

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