A process of repairing holes and cracks on carbon fibers by graphene film is introduced. Carbon fibers are cleaned by nitric acid solution, immersed in hydrogen peroxide solution, oxidized by ultrasonic instrument, washed by deionized water and baked in oven. Then the baked carbon fibers are sent to horizontal chemical vapor deposition furnace for chemical vapor deposition. Vacuum treatment is carried out, argon is introduced, and then heating device is opened for heating; argon is annealed, and carbon fibers are continuously pulled; then argon is switched into methane and hydrogen for growth, and carbon fibers are continuously pulled; finally, hydrogen is turned off and temperature is lowered; then methane is turned off, and the temperature is reduced to room temperature or maintained at a constant temperature of 30-37 degrees Celsius. Graphene can repair the surface structural defects of carbon fibers and improve the strength, effect and efficiency of carbon fibers, which are suitable for industrial implementation.
【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯薄膜修补碳纤维表面孔洞及裂纹的工艺
本专利技术属于碳纤维表面结构缺陷修复
,具体涉及一种石墨烯薄膜修补碳纤维表面孔洞及裂纹的工艺。
技术介绍
由于碳纤维具有轴向强度和模量高、无蠕变、耐疲劳性好,比热及导电性介于非金属和金属之间,热膨胀系数小,耐腐蚀性好,纤维的密度低,X射线透过性好等优点,其已被当做航空航天、交通运输、能源、体育运动、土木建筑等领域复合材料的增强材进行广泛的研究;但其活性比表面积小、表面能低,且碳纤维与基体之间的结合力小,使得碳纤维复合材料的剪切强度和弯曲强度很低;并且,现有工业级的碳纤维产品的实际强度和弹性模量远达不到设计的理论值,以机械性能为例,拉伸强度、层间剪切强度等一般分别仅为理论值的5%-20%左右。碳纤维的结构缺陷是导致纤维机械性能下降的根本原因,例如:丙烯腈基的碳纤维原丝是通过溶液纺丝法制备而成,原丝在凝固成形的过程中易有溶剂的溢出,从而导致碳纤维结构缺陷。碳纤维的结构缺陷主要包括内部缺陷(孔洞)和表面缺陷(凹陷和裂纹),而造成纤维机械性能下降的原因,80%以上是来自纤维表面结构缺陷。现有碳纤维生产企业主要是通过提高原丝质量、改进碳纤维制造过程中的预氧化和碳化工艺等来减少碳纤维结构缺陷的产生,但就现有的碳纤维产品的机械性能仍与设计值存在很大差距。“nanotubecompositecarbonfiber”[《appliedphysicsletters》1999,75(7),P1329~1334]该文通过将单臂碳纳米管混入原丝制备沥青基碳纤维,主要弥补了碳纤维内部结构缺陷,据称含5%单臂碳纳米管的沥青基复合碳纤维 ...
【技术保护点】
1.一种石墨烯薄膜修补碳纤维表面孔洞及裂纹的工艺,其特征在于,包括以下步骤:1)碳纤维表面处理:利用硝酸水溶液对碳纤维进行清洗,将清洗过的碳纤维浸入利用去离子水配置的双氧水溶液中,在超声仪器中进行氧化处理;处理完成后用去离子水冲洗碳纤维表面,最后将冲洗好碳纤维放入烘箱中进行烘烤;2)升温阶段:将烘烤好的碳纤维通过传送带送至卧式化学气相沉积炉内,对化学气相沉积炉进行抽真空处理,当真空达到5×10
【技术特征摘要】
1.一种石墨烯薄膜修补碳纤维表面孔洞及裂纹的工艺,其特征在于,包括以下步骤:1)碳纤维表面处理:利用硝酸水溶液对碳纤维进行清洗,将清洗过的碳纤维浸入利用去离子水配置的双氧水溶液中,在超声仪器中进行氧化处理;处理完成后用去离子水冲洗碳纤维表面,最后将冲洗好碳纤维放入烘箱中进行烘烤;2)升温阶段:将烘烤好的碳纤维通过传送带送至卧式化学气相沉积炉内,对化学气相沉积炉进行抽真空处理,当真空达到5×10-1MPa时,通入氩气并开启维持泵使卧式化学气相沉积炉内的真空程度维持在5.6×10-1MPa,然后开启加热装置以34℃/min的速度升高至1000~1020℃,然后再以3.4℃/min升至1060℃~1070℃;3)退火阶段:将温度保持在1060℃~1070℃,通入氩气30min进行退火;在退火过程中,以频率为10次/min,20N的力不间断的扯拉碳纤维;4)生长阶段:将氩气切换成甲烷和氢气,生长60min;在生长过程中,以频...
【专利技术属性】
技术研发人员:刘红忠,李大超,陈邦道,赖国泉,蒋维涛,叶国永,
申请(专利权)人:西安交通大学,
类型:发明
国别省市:陕西,61
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