一种表面改性抗静电碳化纤维的方法技术

本发明专利技术涉及一种表面改性抗静电碳化纤维的方法。本发明专利技术所述改性碳化纤维的方法包括以下步骤：抗静电碳化纤维表面清洗与干燥；配置乙醇水溶液并加入一定量的偶联剂，用酸性溶液调节pH，经水解20

A method of surface modification of antistatic carbonized fiber

【技术实现步骤摘要】
一种表面改性抗静电碳化纤维的方法


[0001]本专利技术涉及表面处理领域，具体涉及一种表面改性抗静电碳化纤维的方法。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]抗静电碳化纤维指的是一种主要成分是碳元素的纤维状的碳材料。它是由片状石墨微晶堆砌而成的具有石墨层状结构的碳材料。抗静电碳化纤维具有良好的耐高温性能，适中的导电性，短切后常作为填料被广泛应用于抗静电涂层领域。当短切碳化纤维被加入涂层之后，碳化纤维之间搭接形成导电网络，能够赋予涂层抗静电的功能。由于抗静电碳化纤维的表面的含氧官能团较少，呈现惰性，当抗静电碳化纤维被加入硅树脂涂层后，纤维与硅树脂基体的界面结合很弱，纤维极易出现拔出、断裂等破坏，使得硅树脂涂层的力学性能进一步下降。
[0004]目前许多的研究多集中于改性碳纤维、改性硅树脂的基体，以及多种材料相结合改性填料的方式，存在处理工艺复杂，工艺参数调控难度大，难以应用于改性抗静电碳化纤维，难以实现大工业化生产的特点。因此，亟需寻找一种工艺简单，易操作，容易实现大规模工业化生产的，可以改性抗静电碳化纤维的方法，来提高抗静电碳化纤维与硅树脂之间的界面结合。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种表面改性抗静电碳化纤维的方法，该方法工艺简单，操作简便，并且能够提高抗静电碳化纤维与硅树脂之间界面结合。/>[0006]本专利技术的第一方面，提供一种表面改性抗静电碳化纤维的方法，所述方法包括如下步骤：
[0007]步骤1：抗静电碳化纤维表面清洗和干燥；
[0008]步骤2：配置改性溶液：向醇中加入一定量的去离子水，得到醇水溶液；向醇水溶液中滴加酸溶液调节pH至4.5
‑
5.5；加入硅烷偶联剂，混合水解后得到偶联剂水解溶液；其中，醇可以采用无水乙醇及异丙醇中的一种或两种；所述酸溶液为乙酸溶液或甲酸溶液中的一种或两种；
[0009]步骤3：改性抗静电碳化纤维：将抗静电碳化纤维丝束浸渍于所述的偶联剂水解溶液中1
‑
10min后取出，烘干后，得到改性的抗静电碳化纤维。
[0010]进一步的，步骤1中，将抗静电碳化纤维浸泡在90
‑
95％浓度的乙醇水溶液中浸泡，随后烘干。更进一步的，浸泡时间为1
‑
10min； 30
‑
50℃下烘干10
‑
20min。
[0011]进一步的，步骤2中醇水溶液中，醇与去离子水质量比为 95
‑
80:5
‑
20。
[0012]进一步的，步骤2中硅烷偶联剂的质量为醇水溶液质量的 0.25
‑
2.5％。
[0013]进一步的，步骤2中硅烷偶联剂为苯胺甲基三乙氧基硅烷偶联剂、苯胺丙基三甲氧基硅烷偶联剂、苯胺甲基三甲氧基硅烷偶联剂中的一种。
[0014]进一步的，步骤3中烘干温度为60
‑
90℃，烘干时间为10
‑
40min。
[0015]本专利技术的第二方面，提供上述制备方法制备得到的改性抗静电碳化纤维。
[0016]本专利技术的第三方面，提供一种表面改性抗静电碳化纤维界面增强硅树脂基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0017]利用所述方法得到改性抗静电碳化纤维后，将所述改性抗静电碳化纤维短切至0.7
‑
1.5mm后，加入甲基苯基乙烯基硅树脂中；在甲基苯基乙烯基硅树脂中加入固化剂及催化剂，搅拌均匀后，加热固化，得到表面改性抗静电碳化纤维界面增强硅树脂基复合材料。
[0018]进一步的，抗静电碳化纤维的质量为甲基苯基乙烯基硅树脂质量的0.5％
‑
4％。
[0019]进一步的，甲基苯基乙烯基硅树脂：固化剂：催化剂的质量比为 100：10
‑
50：1
‑
10。
[0020]进一步的，固化条件为120℃固化6
‑
10h或80℃固化20
‑
30h。
[0021]进一步的，固化剂可以是有机过氧化物固化剂，催化剂可以是二乙烯三胺或三乙烯四胺中的一种或两种。
[0022]本专利技术提供的技术方案应用材料是抗静电碳化纤维，其碳含量大于68％，纤维直径1～10μm，电阻率为1
×
103～1.5
×
10
‑2Ω
·
cm，介电损耗小于0.05。
[0023]通过本专利技术提供的改性方法，在碳纤维表面引入苯胺基以及硅氧烷低聚层，其中苯胺基在固化剂的作用下参与树脂硫化，而硅烷低聚层中未交联的Si
‑
OH会与树脂中未交联的Si
‑
OH通过相互作用形成 Si
‑
O
‑
Si。两种相互作用的共同作用增强了硅树脂与表面改性抗静电碳化纤维之间的界面结合，从而提高复合材料的性能。
[0024]本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0025]本专利技术提供一种操作简单，节约时间，效率高，能够提高抗静电碳化纤维与硅树脂基体结合，从而增强复合材料力学性能的方法；本专利技术所使用的改性硅烷偶联剂中含有苯基基团，与其他常用硅烷偶联剂相比，其耐温性能较好，在应用时能同时提高硅树脂涂层的耐温性能；利用本专利技术提供的方法改性抗静电碳化纤维，能有效改善纤维处理后的并丝问题，利于纤维在涂层中的均匀分散；该方法能克服现在技术的不足，解决现有工艺流程复杂、时间长的问题，可以实现大规模工业化生产。
附图说明
[0026]下面结合附图和实施例对本技术进一步说明。
[0027]图1是实施例1改性后抗静电碳化纤维以及复合材料断面的扫描电子显微镜图；
[0028]图2是实施例2改性后抗静电碳化纤维以及复合材料断面的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
[0029]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0030]本专利技术提供了一种表面改性抗静电碳化纤维的方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实
施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0031]实施例1
[0032]步骤1：将抗静电碳化纤维浸泡在90％浓度的乙醇水溶液中，浸泡3min，之后在40℃下烘干15min，得到清洗干燥后的抗静电碳化纤维；
[0033]步骤2：配置质量比无水乙醇：去离子水：苯胺甲基三甲氧基硅烷偶联剂＝90：10：0.5的溶液，并滴加甲酸溶液调节PH至5；
[0034]步骤3：将配本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表面改性抗静电碳化纤维的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：抗静电碳化纤维表面清洗和干燥；步骤2：配置改性溶液：向醇中加入一定量的去离子水，得到醇水溶液；向醇水溶液中滴加酸溶液调节pH至4.5
‑
5.5；加入硅烷偶联剂，混合水解后得到偶联剂水解溶液；步骤3：改性碳化纤维：将碳化纤维丝束浸渍于所述的偶联剂水解溶液中1
‑
10min后取出，烘干后，得到改性抗静电碳化纤维。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述抗静电碳化纤维，其碳含量大于68％，纤维直径1～10μm，电阻率为1
×
103～1.5
×
10
‑2Ω
·
cm，介电损耗小于0.05。3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤1中，将抗静电碳化纤维浸泡在90
‑
95％浓度的乙醇水溶液中浸泡，随后烘干。4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤2中醇水溶液中，醇与去离子水质量比为95
‑
80:5
‑
20；步骤2中硅烷偶联剂的质量为醇水溶液质量的0.25
‑
2.5％；步骤2中所述醇为无水乙醇及异丙醇中的一种或两种；所述酸溶液为乙酸溶液或甲酸溶液中的一种或两种；步骤2中所述硅烷偶联剂为苯胺甲基三乙氧基硅烷偶联剂、苯...

【专利技术属性】
技术研发人员：于美杰，刘似玉，王成国，梁学琛，冯元君，王妍妍，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：