一种碳纤维表面绿色接枝聚醚胺的方法技术

一种碳纤维表面绿色接枝聚醚胺的方法，它涉及一种碳纤维表面接枝的方法。本发明专利技术的目的是要解决现有碳纤维表面改性的方法负碳纤维本体强度的损失大和碳纤维复合材料的界面结合强度低的问题。方法：一、清洗；二、氧化；三、碳纤维的接枝处理，得到表面接枝聚醚胺的碳纤维，即完成一种碳纤维表面绿色接枝聚醚胺的方法。本发明专利技术制备的表面接枝聚醚胺的碳纤维的界面剪切强度由原丝的48.8MPa提高到76.6MPa～82.3MPa，提高大于57.4％。本发明专利技术制备的表面接枝聚醚胺的碳纤维的拉伸强度由3.80GPa提高到3.89GPa～3.92GPa，提高了2.4％～3.2％。本发明专利技术可获得一种碳纤维表面绿色接枝聚醚胺的方法。

Method for green grafting polyether amine on carbon fiber surface

The invention relates to a method for grafting green amine on the surface of carbon fiber, which relates to a method for grafting carbon fiber surface. The object of the invention is to solve the problems of the existing carbon fiber surface modification method, the great loss of the strength of the negative carbon fiber body and the low interfacial bonding strength of the carbon fiber composite material. Methods: 1. Cleaning; two. Oxidation; three. Grafting of carbon fiber; obtaining surface grafted polyether amine carbon fiber; namely, a method of green grafting of polyether amine on carbon fiber surface. The interfacial shear strength of the surface grafted polyether amine carbon fiber prepared by the invention is increased from 48.8MPa of the precursor fiber to 76.6MPa to 82.3MPa, and the improvement is greater than 57.4%. The tensile strength of the surface grafted polyether amine carbon fiber increased from 3.80GPa to 3.89GPa to 3.92GPa, and improved by 2.4% to 3.2%. The invention can obtain a green grafting polyether amine on carbon fiber surface.

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维表面绿色接枝聚醚胺的方法
本专利技术涉及一种碳纤维表面接枝的方法。
技术介绍
碳纤维以其高比强度/刚度、抗化学腐蚀、耐高温、优异的导电导热性能等一系列特性，广泛的用作聚合物基复合材料的增强填料。碳纤维增强树脂基复合材料是航空航天等军事工业中用量最多的高性能结构材料，并且其用量已经成为航空结构部件先进性的重要标志。界面是复合材料特有的组成部分，直接关系到载荷在基体与增强体之间能否均匀有效地传递和分散。因此，为改善复合材料的界面性能及综合性能，必须对两者间界面进行微观结构调控及整体优化设计。通常情况下，界面的优化是通过对复合材料增强体碳纤维表面的改性来实现的。碳纤维表面改性方法主要包括表面高能辐照、化学气相沉积法、化学氧化及化学接枝等，这些方法都能不同程度地增加碳纤维的表面极性或比表面积，提高其与树脂之间的界面性能，但往往导致其力学性能的较大损失，并且操作繁琐，不易实施。例如在化学接枝中经常会引入酰氯化反应，这样实验危险性高，操作繁琐，耗时长，纤维本体强度损失多在10％以上，且现有改性碳纤维复合材料的界面结合强度低，界面剪切强度一般提高40％～50％。
技术实现思路
本专利技术的目的是要解决现有碳纤维表面改性的方法负碳纤维本体强度的损失大和碳纤维复合材料的界面结合强度低的问题，而提供一种碳纤维表面绿色接枝聚醚胺的方法。一种碳纤维表面绿色接枝聚醚胺的方法，具体是按以下步骤完成的：一、清洗：①、将碳纤维放入装有丙酮的索氏提取器中，在温度为75℃～85℃的条件下使用丙酮清洗去除碳纤维表面的杂质，清洗时间为2h～8h，将清洗后的碳纤维取出，得到丙酮清洗后的碳纤维；②、将步骤一①得到的丙酮清洗后的碳纤维置于超临界装置中，在温度为350℃～370℃和压力为8MPa～14MPa的超临界丙酮-水体系中浸泡20min～30min，得到去除环氧涂层后的碳纤维；步骤一②中所述的超临界丙酮-水体系中丙酮与水的体积比为5:1；③、将步骤一②得到的去除环氧涂层后的碳纤维置于索氏提取器中，在温度为75℃～85℃的条件下使用丙酮清洗去除环氧涂层后的碳纤维，清洗时间为2h～4h；将清洗后的碳纤维取出，在温度为70℃～80℃的条件下干燥2h～4h，得到干燥清洗后碳纤维；二、氧化：①、将步骤一③得到的干燥清洗后碳纤维浸渍到过硫酸钾/硝酸银混合水溶液中，加热至60℃～80℃，再在温度为60℃～80℃的条件下恒温1h～2h，得到氧化后的碳纤维；所述的过硫酸钾/硝酸银混合水溶液中过硫酸钾的浓度为0.1mol/L～0.2mol/L；所述的过硫酸钾/硝酸银混合水溶液中硝酸银的浓度为0.0001mol/L～0.005mol/L；步骤二①中所述的干燥清洗后碳纤维的质量与过硫酸钾/硝酸银混合水溶液的体积比为0.1g:(10mL～12mL)；②、室温条件下将步骤二①得到的氧化后的碳纤维在蒸馏水中浸泡5min～10min，将经蒸馏水中浸泡后的碳纤维取出，弃除蒸馏水；所述的氧化后的碳纤维的质量与蒸馏水的体积比为(0.001g～0.006g):1mL；③、重复步骤二②3次～5次，得到蒸馏水清洗后的氧化碳纤维；④、将步骤二③得到的蒸馏水清洗后的氧化碳纤维在温度为70℃～80℃的条件下干燥2h～4h，得到干燥后的氧化碳纤维；⑤、将步骤二④得到的干燥后的氧化碳纤维置于装有无水乙醇的索氏提取器中，在温度为90℃～100℃的条件下使用无水乙醇清洗氧化碳纤维，清洗时间为2h～4h，得到无水乙醇清洗的氧化的碳纤维；⑥、将步骤二⑤得到的无水乙醇清洗的氧化的碳纤维在温度为70℃～80℃的条件下干燥2h～4h，得到干燥的氧化碳纤维；三、碳纤维的接枝处理：①、将N,N'-二环己基碳二亚胺和聚醚胺加入到二甲基甲酰胺中，再搅拌至均匀，得到聚醚胺溶液；步骤三中所述的N,N'-二环己基碳二亚胺的质量与二甲基甲酰胺的体积比为(0.2g～0.4g):(100mL～200mL)；步骤三中所述的聚醚胺的质量与二甲基甲酰胺的体积比为(0.2g～0.4g):(100mL～200mL)；②、将干燥的氧化碳纤维浸入到聚醚胺溶液中，再在温度为160℃～170℃下加热回流18h～24h，再将碳纤维取出，使用无水乙醇清洗3次～5次，再在温度为70℃～80℃下真空干燥18h～24h，得到表面接枝聚醚胺的碳纤维，即完成一种碳纤维表面绿色接枝聚醚胺的方法；步骤三②中所述的干燥的氧化碳纤维的质量与聚醚胺溶液的体积比为(0.3g～0.6g):(100mL～200mL)。本专利技术的原理及优点：一、本专利技术采用化学接枝法，借助脱水剂的作用，将聚醚胺直接接枝到羧基化碳纤维表面，制备了表面接枝聚醚胺的碳纤维，提供了一种提高碳纤维/环氧树脂树脂复合材料界面性能的方法，此方法步骤简单，易于操作；二、本专利技术制备的表面接枝聚醚胺的碳纤维与未改性的碳纤维相比，N元素由1.11％提高到了4.60％，表面能由29.97mN/m升高到63.38mN/m，提高了114％；三、本专利技术制备的表面接枝聚醚胺的碳纤维的界面剪切强度由原丝的48.8MPa提高到76.6MPa～82.3MPa，提高大于57.4％；四、本专利技术制备的表面接枝聚醚胺的碳纤维的拉伸强度由3.80GPa提高到3.89GPa～3.92GPa，提高了2.4％～3.2％。本专利技术可获得一种碳纤维表面绿色接枝聚醚胺的方法。附图说明图1为实施例一步骤一③得到的干燥清洗后碳纤维的XPS图，图1中1为C1s峰，2为O1s峰；图2为实施例一步骤三②得到的表面接枝聚醚胺的碳纤维的XPS图，图2中1为Csp2和Csp3峰，2为C-C峰，3为C-O峰；图3为实施例一步骤一③得到的干燥清洗后碳纤维的分峰谱图，图3中1为1为C1s峰，2为N1s峰，3为O1s峰；图4为实施例一步骤三②得到的表面接枝聚醚胺的碳纤维的分峰谱图，图4中1为Csp2和Csp3峰，2为C-C峰，3为C-N峰，4为-N-C＝O峰，5为-COOH峰；图5为实施例一步骤一③得到的干燥清洗后碳纤维的SEM图；图6为实施例一步骤三②得到的表面接枝聚醚胺的碳纤维的SEM图；图7为界面剪切强度柱状图，图7中1为实施例一步骤一③得到的干燥清洗后碳纤维的界面剪切强度，2为实施例一步骤三②得到的表面接枝聚醚胺的碳纤维的界面剪切强度；图8为拉伸强度柱状图，图8中1为实施例一步骤一③得到的干燥清洗后碳纤维的拉伸强度，2为实施例一步骤三②得到的表面接枝聚醚胺的碳纤维的拉伸强度。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式是一种碳纤维表面绿色接枝聚醚胺的方法，具体是按以下步骤完成的：一、清洗：①、将碳纤维放入装有丙酮的索氏提取器中，在温度为75℃～85℃的条件下使用丙酮清洗去除碳纤维表面的杂质，清洗时间为2h～8h，将清洗后的碳纤维取出，得到丙酮清洗后的碳纤维；②、将步骤一①得到的丙酮清洗后的碳纤维置于超临界装置中，在温度为350℃～370℃和压力为8MPa～14MPa的超临界丙酮-水体系中浸泡20min～30min，得到去除环氧涂层后的碳纤维；步骤一②中所述的超临界丙酮-水体系中丙酮与水的体积比为5:1；③、将步骤一②得到的去除环氧涂层后的碳纤维置于索氏提取器中，在温度为75℃～85℃的条件下使用丙酮清洗去除环氧涂层后的碳纤维，清洗时间为2h～4h；将清洗后的碳纤维取出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纤维表面绿色接枝聚醚胺的方法，其特征在于该方法具体是按以下步骤完成的：一、清洗：①、将碳纤维放入装有丙酮的索氏提取器中，在温度为75℃～85℃的条件下使用丙酮清洗去除碳纤维表面的杂质，清洗时间为2h～8h，将清洗后的碳纤维取出，得到丙酮清洗后的碳纤维；②、将步骤一①得到的丙酮清洗后的碳纤维置于超临界装置中，在温度为350℃～370℃和压力为8MPa～14MPa的超临界丙酮‑水体系中浸泡20min～30min，得到去除环氧涂层后的碳纤维；步骤一②中所述的超临界丙酮‑水体系中丙酮与水的体积比为5:1；③、将步骤一②得到的去除环氧涂层后的碳纤维置于索氏提取器中，在温度为75℃～85℃的条件下使用丙酮清洗去除环氧涂层后的碳纤维，清洗时间为2h～4h；将清洗后的碳纤维取出，在温度为70℃～80℃的条件下干燥2h～4h，得到干燥清洗后碳纤维；二、氧化：①、将步骤一③得到的干燥清洗后碳纤维浸渍到过硫酸钾/硝酸银混合水溶液中，加热至60℃～80℃，再在温度为60℃～80℃的条件下恒温1h～2h，得到氧化后的碳纤维；所述的过硫酸钾/硝酸银混合水溶液中过硫酸钾的浓度为0.1mol/L～0.2mol/L；所述的过硫酸钾/硝酸银混合水溶液中硝酸银的浓度为0.0001mol/L～0.005mol/L；步骤二①中所述的干燥清洗后碳纤维的质量与过硫酸钾/硝酸银混合水溶液的体积比为0.1g:(10mL～12mL)；②、室温条件下将步骤二①得到的氧化后的碳纤维在蒸馏水中浸泡5min～10min，将经蒸馏水中浸泡后的碳纤维取出，弃除蒸馏水；所述的氧化后的碳纤维的质量与蒸馏水的体积比为(0.001g～0.006g):1mL；③、重复步骤二②3次～5次，得到蒸馏水清洗后的氧化碳纤维；④、将步骤二③得到的蒸馏水清洗后的氧化碳纤维在温度为70℃～80℃的条件下干燥2h～4h，得到干燥后的氧化碳纤维；⑤、将步骤二④得到的干燥后的氧化碳纤维置于装有无水乙醇的索氏提取器中，在温度为90℃～100℃的条件下使用无水乙醇清洗氧化碳纤维，清洗时间为2h～4h，得到无水乙醇清洗的氧化的碳纤维；⑥、将步骤二⑤得到的无水乙醇清洗的氧化的碳纤维在温度为70℃～80℃的条件下干燥2h～4h，得到干燥的氧化碳纤维；三、碳纤维的接枝处理：①、将N,N'‑二环己基碳二亚胺和聚醚胺加入到二甲基甲酰胺中，再搅拌至均匀，得到聚醚胺溶液；步骤三中所述的N,N'‑二环己基碳二亚胺的质量与二甲基甲酰胺的体积比为(0.2g～0.4g):(100mL～200mL)；步骤三中所述的聚醚胺的质量与二甲基甲酰胺的体积比为(0.2g～0.4g):(100mL～200mL)；②、将干燥的氧化碳纤维浸入到聚醚胺溶液中，再在温度为160℃～170℃下加热回流18h～24h，再将碳纤维取出，使用无水乙醇清洗3次～5次，再在温度为70℃～80℃下真空干燥18h～24h，得到表面接枝聚醚胺的碳纤维，即完成一种碳纤维表面绿色接枝聚醚胺的方法；步骤三②中所述的干燥的氧化碳纤维的质量与聚醚胺溶液的体积比为(0.3g～0.6g):(100mL～200mL)。...

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维表面绿色接枝聚醚胺的方法，其特征在于该方法具体是按以下步骤完成的：一、清洗：①、将碳纤维放入装有丙酮的索氏提取器中，在温度为75℃～85℃的条件下使用丙酮清洗去除碳纤维表面的杂质，清洗时间为2h～8h，将清洗后的碳纤维取出，得到丙酮清洗后的碳纤维；②、将步骤一①得到的丙酮清洗后的碳纤维置于超临界装置中，在温度为350℃～370℃和压力为8MPa～14MPa的超临界丙酮-水体系中浸泡20min～30min，得到去除环氧涂层后的碳纤维；步骤一②中所述的超临界丙酮-水体系中丙酮与水的体积比为5:1；③、将步骤一②得到的去除环氧涂层后的碳纤维置于索氏提取器中，在温度为75℃～85℃的条件下使用丙酮清洗去除环氧涂层后的碳纤维，清洗时间为2h～4h；将清洗后的碳纤维取出，在温度为70℃～80℃的条件下干燥2h～4h，得到干燥清洗后碳纤维；二、氧化：①、将步骤一③得到的干燥清洗后碳纤维浸渍到过硫酸钾/硝酸银混合水溶液中，加热至60℃～80℃，再在温度为60℃～80℃的条件下恒温1h～2h，得到氧化后的碳纤维；所述的过硫酸钾/硝酸银混合水溶液中过硫酸钾的浓度为0.1mol/L～0.2mol/L；所述的过硫酸钾/硝酸银混合水溶液中硝酸银的浓度为0.0001mol/L～0.005mol/L；步骤二①中所述的干燥清洗后碳纤维的质量与过硫酸钾/硝酸银混合水溶液的体积比为0.1g:(10mL～12mL)；②、室温条件下将步骤二①得到的氧化后的碳纤维在蒸馏水中浸泡5min～10min，将经蒸馏水中浸泡后的碳纤维取出，弃除蒸馏水；所述的氧化后的碳纤维的质量与蒸馏水的体积比为(0.001g～0.006g):1mL；③、重复步骤二②3次～5次，得到蒸馏水清洗后的氧化碳纤维；④、将步骤二③得到的蒸馏水清洗后的氧化碳纤维在温度为70℃～80℃的条件下干燥2h～4h，得到干燥后的氧化碳纤维；⑤、将步骤二④得到的干燥后的氧化碳纤维置于装有无水乙醇的索氏提取器中，在温度为90℃～100℃的条件下使用无水乙醇清洗氧化碳纤维，清洗时间为2h～4h，得到无水乙醇清洗的氧化的碳纤维；⑥、将步骤二⑤得到的无水乙醇清洗的氧化的碳纤维在温度为70℃～80℃的条件下干燥2h～4h，得到干燥的氧化碳纤维；三、碳纤维的接枝处理：①、将N,N'-二环己基碳二亚胺和聚醚胺加入到二甲基甲酰胺中，再搅拌至均匀，得到聚醚胺溶液；步骤三中所述的N,N'-二环己基碳二亚胺的质量与二甲基甲酰胺的体积比为(0.2g～0.4g):(100mL～200mL)；步骤三中所述的聚醚胺的质量与二甲基甲酰胺的体积比为(0.2g～0.4g):(100mL～200mL)；②、将干燥的氧化碳纤维浸入到聚醚胺溶液中，再在温度为160℃～170℃下加热回流18h～...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丽春，宋国君，朱莹莹，余文佳，韩萍，王刚，李晓茹，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：山东,37