一种基于温度处理碳纤维提高树脂基复合材料界面粘结性能的方法，解决现有碳纤维处理方法工艺步骤繁琐、时间长，过程有毒害，不适宜工业化生产的问题。本发明专利技术将带环氧类上浆剂的聚丙烯腈基碳纤维在T～T+30℃的温度范围内处理一定时间，然后与树脂基体复合制备碳纤维树脂基复合材料，其中T代表所采用树脂基体的预固化温度。本发明专利技术能够在不损失碳纤维力学性能的前提下，增加上浆剂与纤维表面活性基团的相互作用程度，形成化学键合梯度变化的界面微区，有利于界面应力的传递，达到提高碳纤维与树脂界面粘结性能的目的。本发明专利技术的方法具有工艺简单，可操作性强，效率高，无毒无害，成本低、适合工业化生产等优点。本发明专利技术应用于材料的表面与界面改性领域。
【技术实现步骤摘要】
一种基于温度处理碳纤维提高树脂基复合材料界面粘结性能的方法
本专利技术属于材料的表面与界面改性应用
，具体涉及一种基于温度处理碳纤维提高树脂基复合材料界面粘结性能的方法。
技术介绍
碳纤维因具有高比强度、高比模量、优异的环境稳定性、耐热和抗氧化性能等而被广泛应用于航空航天、交通运输、能源、体育休闲用品等领域。碳纤维作为增强材料，必须与基体复合才能发挥其优异的性能，其中碳纤维增强树脂基复合材料为典型代表之一。然而，碳纤维表面亲水性差、表面能低、化学惰性的特点使其与树脂基体的润湿性差，界面结合力弱。为此，需对碳纤维进行表面改性处理。目前，常用的碳纤维表面处理方法主要有电解氧化、化学氧化、辐照改性、等离子体处理、化学接枝、分子自组装和多尺度纳米改性等。这些方法虽然可以提高碳纤维增强树脂基复合材料的界面粘结性能，但与此同时常伴随着复杂的工艺处理流程，时间长，反应剧烈，过程对人体和环境有毒害，不适宜工业化生产，不仅浪费了大量的能源和资源，而且往往会造成碳纤维强度的降低。因此，寻求一种制备工艺简单、无毒无害、环保、低成本、高效率、适合工业化生产的碳纤维表面处理方法具有很好的实际意义和应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是要解决现有碳纤维处理方法工艺步骤繁琐、时间长，过程有毒害，不适宜工业化生产的问题，而提供一种基于温度处理碳纤维提高树脂基复合材料界面粘结性能的方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：将带浆碳纤维在T～T+30℃下处理0.5～4h，然后将处理后的碳纤维与树脂基体复合制备碳纤维树脂基复合材料，其中T为树脂基体的预固化温度。所述带浆碳纤维为带环氧类上浆剂的聚丙烯腈基碳纤维。所述树脂基体为热固性的环氧树脂或热固性的双马来酰亚胺树脂。本专利技术的优点：(1)本专利技术能够在不损失碳纤维力学性能的前提下，增加上浆剂与纤维表面活性基团的相互作用程度，形成化学键合梯度变化的界面微区，提高碳纤维与树脂的界面粘结性能。界面粘结性能的提高可使复合材料内部应力均匀传递，满足高性能碳纤维树脂基复合材料的更高需求。(2)本专利技术的方法只需在现有碳纤维生产线的最后一步加上温度处理，即可实现碳纤维树脂基复合材料界面粘结性能的提高。该方法简单易行、无毒无害、环保、低成本、高效率、适合工业化生产，具有良好的经济效益和工业应用前景。(3)本专利技术的方法不仅限于某一特定的碳纤维树脂基复合材料体系，具有普遍适应性和良好的发展前景。附图说明图1为本专利技术实施例1的碳纤维表面环氧类上浆剂的红外谱图。图2为本专利技术实施例1的碳纤维/5228环氧树脂界面剪切强度柱状图，其中1为未处理的碳纤维与5228环氧树脂复合的界面剪切强度，2为130℃处理2h碳纤维与5228环氧树脂复合的界面剪切强度。图3为本专利技术实施例2的碳纤维/5228环氧树脂界面剪切强度柱状图，其中1为未处理的碳纤维与5228环氧树脂复合的界面剪切强度，2为150℃处理2h碳纤维与5228环氧树脂复合的界面剪切强度。图4为本专利技术实施例3的碳纤维表面环氧类上浆剂的红外谱图。图5为本专利技术实施例3的碳纤维/5228环氧树脂界面剪切强度柱状图，其中1为未处理的碳纤维与5228环氧树脂复合的界面剪切强度，2为150℃处理2h碳纤维与5228环氧树脂复合的界面剪切强度。图6为本专利技术实施例4的碳纤维/双马来酰亚胺树脂界面剪切强度柱状图，其中1为未处理的碳纤维与双马来酰亚胺树脂复合的界面剪切强度，2为150℃处理2h碳纤维与双马来酰亚胺树脂复合的界面剪切强度。图7为本专利技术实施例5的碳纤维/双马来酰亚胺树脂界面剪切强度柱状图，其中1为未处理的碳纤维与双马来酰亚胺树脂复合的界面剪切强度，2为180℃处理2h碳纤维与双马来酰亚胺树脂复合的界面剪切强度。图8为本专利技术实施例6的碳纤维/双马来酰亚胺树脂界面剪切强度柱状图，其中1为未处理的碳纤维与双马来酰亚胺树脂复合的界面剪切强度，2为150℃处理2h碳纤维与双马来酰亚胺树脂复合的界面剪切强度。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步详细说明。实施例1：将带环氧类上浆剂的聚丙烯腈基碳纤维在130℃下处理2h，然后将处理后的碳纤维与高温固化的5228环氧树脂(中国航发北京航空材料研究院提供)复合制备碳纤维树脂基复合材料，其中5228环氧树脂的固化工艺温度是先130℃预固化1h，后180℃固化2h，最后190℃后固化3h。该聚丙烯腈基碳纤维上浆剂的红外光谱如图1所示，3300cm-1和1542cm-1分别为-NH2官能团的振动和弯曲峰，1248cm-1、916cm-1和830cm-1分别为环氧基团的8μ、11μ和12μ特征峰，表明该上浆剂为带氨基官能团的环氧类。如图2所示，相比未处理的碳纤维与5228环氧树脂复合制备的复合材料，实施例1制备的碳纤维与5228环氧树脂复合制备的复合材料的界面粘结强度提高了71.1％。实施例2：将带环氧类上浆剂的聚丙烯腈基碳纤维在150℃下处理2h，然后将处理后的碳纤维与高温固化的5228环氧树脂(中国航发北京航空材料研究院提供)复合制备碳纤维树脂基复合材料，其中5228环氧树脂的固化工艺温度是先130℃预固化1h，后180℃固化2h，最后190℃后固化3h。该聚丙烯腈基碳纤维上浆剂的红外光谱如图1所示，3300cm-1和1542cm-1分别为-NH2官能团的振动和弯曲峰，1248cm-1、916cm-1和830cm-1分别为环氧基团的8μ、11μ和12μ特征峰，表明该上浆剂为带氨基官能团的环氧类。如图3所示，相比未处理的碳纤维与5228环氧树脂复合制备的复合材料，实施例2制备的碳纤维与5228环氧树脂复合制备的复合材料的界面粘结强度提高了57.4％。实施例3：将带环氧类上浆剂的聚丙烯腈基碳纤维在150℃下处理2h，然后将处理后的碳纤维与高温固化的5228环氧树脂(中国航发北京航空材料研究院提供)复合制备碳纤维树脂基复合材料，其中5228环氧树脂的固化工艺温度是先130℃预固化1h，后180℃固化2h，最后190℃后固化3h。该聚丙烯腈基碳纤维上浆剂的红外光谱如图4所示，1250cm-1、916cm-1和830cm-1分别为环氧基团的8μ、11μ和12μ特征峰，表明该上浆剂同样为环氧类。如图5所示，相比未处理的碳纤维与5228环氧树脂复合制备的复合材料，实施例3制备的碳纤维与5228环氧树脂复合制备的复合材料的界面粘结强度提高了15.1％。实施例4：将带环氧类上浆剂的聚丙烯腈基碳纤维在150℃下处理2h，然后将处理后的碳纤维与高温固化的双马来酰亚胺树脂(中国航发北京航空材料研究院提供)复合制备碳纤维增强双马来酰亚胺树脂基复合材料，其中双马来酰亚胺树脂的固化工艺温度是先150℃预固化2h，后180℃固化2h，最后200℃后固化4h。该聚丙烯腈基碳纤维上浆剂的红外光谱如图1所示，3300cm-1和1542cm-1分别为-NH2官能团的振动和弯曲峰，1248cm-1、916cm-1和830cm-1分别为环氧基团的8μ、11μ和12μ特征峰，表明该上浆剂为带氨基官能团的环氧类。如图6所示，相比未处理的碳纤维与双马来酰亚胺树脂复合制备的复合材料，实施方例4制备的碳纤维与双马来酰亚胺树脂复合制备的复合材料的界面粘结强度提高了43.8％本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于温度处理碳纤维提高树脂基复合材料界面粘结性能的方法，其特征在于：将带浆碳纤维在T～T+30℃下处理0.5～4h，然后将处理后的碳纤维与树脂基体复合制备碳纤维树脂基复合材料，其中T为树脂基体的预固化温度。
【技术特征摘要】
1.一种基于温度处理碳纤维提高树脂基复合材料界面粘结性能的方法，其特征在于：将带浆碳纤维在T～T+30℃下处理0.5～4h，然后将处理后的碳纤维与树脂基体复合制备碳纤维树脂基复合材料，其中T为树脂基体的预固化温度。2.根据权利要求1所述的基于温度处理碳...
【专利技术属性】
技术研发人员：武清，赵如意，杨欣，朱建锋，方园，方缓，赵婷，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。