发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于高性能碳纤维表面的改性处理方法。本发明基于提高碳纤维和树脂之间的界面结合性，以增加碳纤维表面粗糙度以及化学活性为目的，在不损伤碳纤维本体强度以及提高适用性和有效性的前提下，在碳纤维表面构建一层新的界面增强层来提高复合材料的界面性能。采用阳极电泳沉积技术，在碳纤维表面制备碳纳米材料与阴离子有机物共沉积涂层，电泳沉积时所用的电泳液由碳纳米材料及阴离子型聚合物电解质组成，在纤维表面沉积碳纳米材料，不仅会增加纤维表面的粗糙度，如果在沉积之前对碳纳米材料进行功能化，沉积在碳纤维表面的功能化碳纳米材料还会增加碳纤维表面含氧量，提升碳纤维表面的化学反应活性。阴离子型聚合物电解质可以在碳纤维表面形成均匀的保护层，赋予碳纤维良好的集束性和后加工性，同时提高碳纳米材料与碳纤维表面的结合程度，聚合物电解质中的含氧官能团也可以进一步增加碳纤维表面的反应活性，碳纳米材料与阴离子聚合物协同作用可显著提高碳纤维复合材料的界面粘接性能。

为达到本发明的目的，本发明采用如下技术方案：一种用于高性能碳纤维表面的改性处理方法，采用阳极电泳沉积方法处理碳纤维。

在本发明的优选的实施方式中，碳纤维包括但不限于聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维。

在本发明的优选的实施方式中，在进行电泳沉积处理时碳纤维作为阳极，采用的电泳液由碳纳米材料悬浮液和聚合物电解质溶液组成，在碳纤维表面制备碳纳米材料与阴离子有机物共沉积涂层，从而提高碳纤维表面粗糙度和化学反应活性。

在本发明的优选的实施方式中，所述的碳纳米材料选自羧基化碳纳米管、羟基化碳纳米管或氧化石墨烯；所述的聚合物电解质为阴离子型电解质，更优选为羧甲基纤维素和/或海藻酸钠的水溶液。

在本发明的优选的实施方式中，所述的碳纳米材料的浓度为0.01-20mg/ml；更优选的，所述的碳纳米材料的浓度为0.3-10mg/ml。浓度太低，碳纤维表面沉积的碳纳米材料太少，改性效果不明显，浓度太高，碳纳米材料在电泳液中易沉降，并且不容易在碳纤维表面均匀沉积。

在本发明的优选的实施方式中，所述的阴离子聚合物电解质浓度为0.1-30mg/ml；更优选的，所述的阴离子聚合物电解质浓度为1-20mg/ml。浓度太低，沉积到碳纤维表面的聚合物太少，碳纤维集束性差，浓度太高，沉积到纤维表面的聚合物涂层太厚，影响碳纤维复合材料的界面粘接性能。

在本发明的优选的实施方式中，所述的电泳沉积处理采用阳极电泳沉积方法，以碳纤维为工作电极，不锈钢为阴极，电压1-30V。通过调节电泳液的浓度、停留时间及电压等以获得最优的碳纤维表面的处理效果。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

目前碳纤维工业常用的表面改性方法是电化学阳极氧化法，电解液以碳酸氢铵的水溶液为典型代表。但是在表面氧化引入含氧官能团的同时不可避免地对碳纤维的表面结构造成一定的破坏，引起碳纤维力学性能的下降。本发明提供的表面改性方法，通过功能化碳纳米材料和阴离子聚合物电解质的协同作用显著提高了碳纤维的表面活性，同时赋予碳纤维良好的集束性和后加工性，提高碳纤维与树脂基体的粘接性能，同时不损伤碳纤维本体力学性能，且工艺简单，方便易行。