阅读说明：本技术 一种pa66接枝碳纤维的制备方法 (Preparation method of PA66 grafted carbon fiber ) 是由 李建敏 刘明 谢飞 于 2019-12-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种PA66接枝碳纤维的制备方法,具体涉及一种PA66接枝碳纤维的制备方法,其特征在于,包括步骤如下：首先需对碳纤维表面环氧涂层进行去除,然后采用等离子技术对碳纤维表面进行活化处理,提高碳纤维表面的含氧官能团并将处理后的活化碳纤维进行浸润处理,最后将PA66与活化碳纤维反应即可得到PA66接枝碳纤维。本发明采用的碳纤维表面改性方法较为简单,较为完整地保持了碳纤维本体结构,同时提高了碳纤维与PA66基体的相容性,显著改善了PA66树脂的力学性能和抗静电性。(The invention discloses a preparation method of PA66 grafted carbon fibers, and particularly relates to a preparation method of PA66 grafted carbon fibers, which is characterized by comprising the following steps: firstly, removing the epoxy coating on the surface of the carbon fiber, then activating the surface of the carbon fiber by adopting a plasma technology, improving oxygen-containing functional groups on the surface of the carbon fiber, performing infiltration treatment on the treated activated carbon fiber, and finally reacting PA66 with the activated carbon fiber to obtain the PA66 grafted carbon fiber. The carbon fiber surface modification method adopted by the invention is simple, the structure of the carbon fiber body is maintained more completely, the compatibility of the carbon fiber and a PA66 matrix is improved, and the mechanical property and the antistatic property of the PA66 resin are obviously improved.)

一种PA66接枝碳纤维的制备方法

[技术领域]

本发明涉及一种高分子复合材料的制备方法，具体涉及一种PA66接枝碳纤维的制备方法。

[背景技术]

聚酰胺66俗称尼龙66，是一种具有耐化学性、耐磨、耐高温的高性能工程塑料。PA66除了力学性能优异，还有自润滑性和韧性好等诸多优良性能，广泛应用于机械行业、汽车、仪器仪表等领域。但是，PA66树脂具有高电阻性能，使用过程中摩擦产生静电积累，导致PA66制件易吸附灰尘，甚至还易导致电火花。同时PA66树脂在作为结构件替代金属的过程中，其力学强度无法满足结构件的要求。因此，PA66树脂在作为结构件替代金属的使用过程中，需对PA66树脂的力学性能进行增强以及抗静电处理。

碳纤维作为一种新型无机材料，具有高比强度、高比模量、耐高温等一系列优良性能，被广泛应用于先进复合材料的增强体。同时，碳纤维还具有优异的导电性，能够明显改善聚合物抗静电性能差的问题。但是，碳纤维表面能低、活性官能团少、表面呈化学惰性，致使其与树脂基体相容性较差。因此，如何提高碳纤维表面能对改善PA66树脂抗静电性和力学性能具有极大的帮助。

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发明内容

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针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种PA66接枝碳纤维的制备方法，目的在于解决碳纤维与PA66脂基体相容性差的问题。

本发明PA66接枝碳纤维的制备方法按下列步骤实现：

步骤一、碳纤维表面环氧涂层的去除

将碳纤维束放入索氏提取器中，使用丙酮作为溶剂，加热75℃-85℃，使碳纤维表面杂质在蒸馏的丙酮中不断清洗，清洗时间为30h-40h；然后取出碳纤维，在80℃-90℃烘箱中干燥4h-6h；

步骤二、等离子体活化碳纤维的制备

将碳纤维置于等离子反应腔体中，通入气流量为1.5L/min-2L/min的高纯氩气5min-8min；随后通入气流量为l0mL/min-15mL/min的纯氧气5min-8min；在等离子反应腔体中进行等离子体改性，制备等离子体活化的碳纤维；

步骤三、超支化聚甘油N，N-二甲基甲酰胺溶液的制备

将超支化聚甘油溶解于N，N-二甲基甲酰胺溶液，配置质量浓度为0.5％-1％的超支化聚甘油的N，N-二甲基甲酰胺溶液；

步骤四、活化碳纤维的改性

将第(2)步所得的等离子体活化的碳纤维加入第(3)步所得的超支化聚甘油N，N-二甲基甲酰胺溶液中并超声15min-30min。将得到的溶液在90℃-100℃条件下改性处理24h-36h，接着对改性处理的碳纤维采用丙酮抽提，抽提时间为24h，干燥后得到超支化聚甘油改性的碳纤维；

步骤五、PA66接枝改性碳纤维

将PA66溶解到甲酸溶液中，然后将活化碳纤维加入到PA66溶液中，搅拌反应2h，将反应后的产物离心，甲酸溶液洗涤，乙醇洗涤，然后干燥即得到PA66接枝改性碳纤维；

进一步地，所述步骤一中的碳纤维为PAN基碳纤维。

进一步地，所述步骤二中的等离子处理器功率60W-80W，放电处理时间80s-100s。

进一步地，所述步骤三中的超支化聚甘油N，N-二甲基甲酰胺溶液浓度为0.5％-1％。

进一步地，所述步骤四中的等离子体活化的碳纤维的加入量与超支化聚甘油N，N-二甲基甲酰胺溶液的质量体积比为(5-10)g：0.1L。

进一步地，所述步骤五中的活化碳纤维添加质量比为1％-50％。

本发明有益效果：

(1)本发明采用的等离子体技术处理碳纤维表面深度不超过100μm，不会损伤碳纤维本体强度；

(2)本发明中所制备的改性碳纤维在PA66基体中具有良好的相容性，对PA66抗静电性能和力学性能的改善提供了一种较好的解决方案；

(3)本发明所采用的碳纤维表面改性方法较为简单，较为完整地保持了碳纤维本体结构，同时提高了碳纤维与PA66基体的相容性，显著改善了PA66树脂的力学性能和抗静电性；

(4)本发明所采用的碳纤维表面改性方法极大改善了碳纤维在PA66基体中的相容性，提供了一种有效改善PA66抗静电性能和力学性能的方案。同时该方法还具有成本低、制备周期短、绿色环保等优点。

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具体实施方式

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本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

具体实施方式一：本实施例PA66接枝碳纤维的方法，按以下步骤进行：

(1)碳纤维表面环氧涂层的去除

将碳纤维束放入索氏提取器中，使用丙酮作为溶剂，加热75℃，使碳纤维表面杂质在蒸馏的丙酮中不断清洗，清洗时间为30h；然后取出碳纤维，在80℃烘箱中干燥4h。

(2)等离子体活化碳纤维的制备

将碳纤维置于等离子反应腔体中，先通入气流量为1.5L/min的高纯氩气5min；随后通入气流量为l0mL/min的纯氧气5min；功率60W下放电处理80s，制备等离子体活化的碳纤维。

(3)超支化聚甘油N，N-二甲基甲酰胺溶液的制备

将超支化聚甘油溶解于N，N-二甲基甲酰胺溶液，配置质量浓度为0.5％的超支化聚甘油的N，N-二甲基甲酰胺溶液。

(4)活化碳纤维的改性

将第(2)步所得的等离子体活化的碳纤维加入第(3)步所得的超支化聚甘油N，N-二甲基甲酰胺溶液中并超声15min，其中，等离子体活化的碳纤维的加入量与超支化聚甘油N，N-二甲基甲酰胺溶液的质量体积比为5g：0.1L。并将得到的溶液在90℃条件下改性处理24h，接着对改性处理的碳纤维采用丙酮抽提，抽提时间为24h，干燥后得到超支化聚甘油改性的碳纤维。

(5)PA66接枝改性碳纤维

将10g PA66溶解到甲酸溶液中，然后将1g活化碳纤维加入到PA66溶液中，搅拌反应2h，将反应后的产物离心，甲酸溶液洗涤，乙醇洗涤，然后干燥即得到PA66接枝改性碳纤维。

具体实施方式二：本实施例PA66接枝碳纤维的方法，按以下步骤进行：

(1)碳纤维表面环氧涂层的去除

将碳纤维束放入索氏提取器中，使用丙酮作为溶剂，加热80℃，使碳纤维表面杂质在蒸馏的丙酮中不断清洗，清洗时间为35h；然后取出碳纤维，在80℃烘箱中干燥6h。

(2)等离子体活化碳纤维的制备

将碳纤维置于等离子反应腔体中，先通入气流量为2L/min的高纯氩气5min；随后通入气流量为l5mL/min的纯氧气5min；功率70W下放电处理90s，制备等离子体活化的碳纤维。

(3)超支化聚甘油N，N-二甲基甲酰胺溶液的制备

将超支化聚甘油溶解于N，N-二甲基甲酰胺溶液，配置质量浓度为0.5％的超支化聚甘油的N，N-二甲基甲酰胺溶液。

(4)活化碳纤维的改性

将第(2)步所得的等离子体活化的碳纤维加入第(3)步所得的超支化聚甘油N，N-二甲基甲酰胺溶液中并超声20min，其中，等离子体活化的碳纤维的加入量与超支化聚甘油N，N-二甲基甲酰胺溶液的质量体积比为6g：0.1L。并将得到的溶液在100℃条件下改性处理24h，接着对改性处理的碳纤维采用丙酮抽提，抽提时间为24h，干燥后得到超支化聚甘油改性的碳纤维。

(5)PA66接枝改性碳纤维

将10g PA66溶解到甲酸溶液中，然后将2g活化碳纤维加入到PA66溶液中，搅拌反应2h，将反应后的产物离心，甲酸溶液洗涤，乙醇洗涤，然后干燥即得到PA66接枝改性碳纤维。

具体实施方式三：本实施例PA66接枝碳纤维的方法，按以下步骤进行：

(1)碳纤维表面环氧涂层的去除

将碳纤维束放入索氏提取器中，使用丙酮作为溶剂，加热85℃，使碳纤维表面杂质在蒸馏的丙酮中不断清洗，清洗时间为40h；然后取出碳纤维，在80℃烘箱中干燥6h。

(2)等离子体活化碳纤维的制备

将碳纤维置于等离子反应腔体中，先通入气流量为2L/min的高纯氩气8min；随后通入气流量为12mL/min的纯氧气7min；功率60W下放电处理100s，制备等离子体活化的碳纤维。

(3)超支化聚甘油N，N-二甲基甲酰胺溶液的制备

将超支化聚甘油溶解于N，N-二甲基甲酰胺溶液，配置质量浓度为0.6％的超支化聚甘油的N，N-二甲基甲酰胺溶液。

(4)活化碳纤维的改性

将第(2)步所得的等离子体活化的碳纤维加入第(3)步所得的超支化聚甘油N，N-二甲基甲酰胺溶液中并超声30min，其中，等离子体活化的碳纤维的加入量与超支化聚甘油N，N-二甲基甲酰胺溶液的质量体积比为10g：0.1L。并将得到的溶液在90℃条件下改性处理24h，接着对改性处理的碳纤维采用丙酮抽提，抽提时间为24h，干燥后得到超支化聚甘油改性的碳纤维。

(5)PA66接枝改性碳纤维

将10g PA66溶解到甲酸溶液中，然后将3.5g活化碳纤维加入到PA66溶液中，搅拌反应2h，将反应后的产物离心，甲酸溶液洗涤，乙醇洗涤，然后干燥即得到PA66接枝改性碳纤维。

具体实施方式四：本实施例PA66接枝碳纤维的方法，按以下步骤进行：

(1)碳纤维表面环氧涂层的去除

将碳纤维束放入索氏提取器中，使用丙酮作为溶剂，加热85℃，使碳纤维表面杂质在蒸馏的丙酮中不断清洗，清洗时间为35h；然后取出碳纤维，在80℃烘箱中干燥5h。

(2)等离子体活化碳纤维的制备

将碳纤维置于等离子反应腔体中，先通入气流量为1.8L/min的高纯氩气5min；随后通入气流量为10mL/min的纯氧气7min；功率65W下放电处理85s，制备等离子体活化的碳纤维。

(3)超支化聚甘油N，N-二甲基甲酰胺溶液的制备

将超支化聚甘油溶解于N，N-二甲基甲酰胺溶液，配置质量浓度为1％的超支化聚甘油的N，N-二甲基甲酰胺溶液。

(4)活化碳纤维的改性

将第(2)步所得的等离子体活化的碳纤维加入第(3)步所得的超支化聚甘油N，N-二甲基甲酰胺溶液中并超声15min，其中，等离子体活化的碳纤维的加入量与超支化聚甘油N，N-二甲基甲酰胺溶液的质量体积比为8g：0.1L。并将得到的溶液在100℃条件下改性处理30h，接着对改性处理的碳纤维采用丙酮抽提，抽提时间为24h，干燥后得到超支化聚甘油改性的碳纤维。

(5)PA66接枝改性碳纤维

将10g PA66溶解到甲酸溶液中，然后将4g活化碳纤维加入到PA66溶液中，搅拌反应2h，将反应后的产物离心，甲酸溶液洗涤，乙醇洗涤，然后干燥即得到PA66接枝改性碳纤维。

具体实施方式五：本实施例PA66接枝碳纤维的方法，按以下步骤进行：

(1)碳纤维表面环氧涂层的去除

将碳纤维束放入索氏提取器中，使用丙酮作为溶剂，加热85℃，使碳纤维表面杂质在蒸馏的丙酮中不断清洗，清洗时间为35h；然后取出碳纤维，在80℃烘箱中干燥5h。

(2)等离子体活化碳纤维的制备

将碳纤维置于等离子反应腔体中，先通入气流量为2L/min的高纯氩气5min；随后通入气流量为l5mL/min的纯氧气7min；功率70W下放电处理85s，制备等离子体活化的碳纤维。

(3)超支化聚甘油N，N-二甲基甲酰胺溶液的制备

将超支化聚甘油溶解于N，N-二甲基甲酰胺溶液，配置质量浓度为0.7％的超支化聚甘油的N，N-二甲基甲酰胺溶液。

(4)活化碳纤维的改性

将第(2)步所得的等离子体活化的碳纤维加入第(3)步所得的超支化聚甘油N，N-二甲基甲酰胺溶液中并超声25min，其中，等离子体活化的碳纤维的加入量与超支化聚甘油N，N-二甲基甲酰胺溶液的质量体积比为8g：0.1L。并将得到的溶液在90℃条件下改性处理24h，接着对改性处理的碳纤维采用丙酮抽提，抽提时间为24h，干燥后得到超支化聚甘油改性的碳纤维。

(5)PA66接枝改性碳纤维

将10g PA66溶解到甲酸溶液中，然后将1.5g活化碳纤维加入到PA66溶液中，搅拌反应2h，将反应后的产物离心，甲酸溶液洗涤，乙醇洗涤，然后干燥即得到PA66接枝改性碳纤维。

表1为PA66接枝碳纤维得到复合材料的表面电阻与力学性能。从表1中可以看出，PA66接枝碳纤维后，其复合材料的表面电阻显著降低，材料的抗静电效果得到明显改善。同时，PA66接枝碳纤维得到的复合材料拉伸强度提高至165MPa-191MPa，弯曲模量和弯曲强度显著提高，冲击强度得到明显改善，材料热变形温度达到204-248℃，远远高于纯PA66树脂90℃的热变形温度。这说明本发明提供的改性碳纤维能够与PA66成功接枝并且相容性优异，能够极大改善PA66抗静电性能的同时还能显著增强PA66的力学性能。

表1 PA66接枝碳纤维得到复合材料的表面电阻与力学性能

以上所述的本发明的具体实施方式，其目的在于能够更好解释本发明，但是上述实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。在上述说明的实施基础上还可以进行其他形式的变化或者变动，这里无法穷举所有实施方式，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的其他形式的变化或者变动均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。