一种提高纤维增强热塑性复合材料界面结合强度的方法
阅读说明：本技术 一种提高纤维增强热塑性复合材料界面结合强度的方法 (Method for improving interface bonding strength of fiber reinforced thermoplastic composite material ) 是由 李仁宏 王刚 杜雷雷 于 2021-09-01 设计创作，主要内容包括：本发明涉及复合材料领域,公开了一种提高纤维增强热塑性复合材料界面结合强度的方法,包括：一、配制Tris溶液；二、将聚乙烯醇、阳离子淀粉、盐酸多巴胺、乙烯-醋酸乙烯共聚物、羧甲基纤维素和水性聚氨酯等改性剂和N,N-二甲基甲酰胺、4-氨基苯酚,4-二甲胺吡啶加入到Tris溶液中,超声处理后得到溶液；三、对纤维进行退浆得到退浆纤维；四、将退浆纤维置于溶液中以在纤维表面附着高分子薄膜；五、将纤维与热塑性树脂复合得到纤维增强热塑性复合材料。本发明通过对纤维脱浆处理后用改性剂浸渍处理,在纤维表面附着一层高分子薄膜以增加纤维的表面能,提高纤维与热塑性树脂基体的界面结合强度。(The invention relates to the field of composite materials, and discloses a method for improving the interface bonding strength of a fiber reinforced thermoplastic composite material, which comprises the following steps: firstly, preparing a Tris solution; adding modifiers such as polyvinyl alcohol, cationic starch, dopamine hydrochloride, ethylene-vinyl acetate copolymer, carboxymethyl cellulose, waterborne polyurethane and the like, and N, N-dimethylformamide, 4-aminophenol, 4-dimethylaminopyridine into a Tris solution, and performing ultrasonic treatment to obtain a solution; thirdly, desizing the fibers to obtain desized fibers; fourthly, placing the desized fiber in the solution to attach a polymer film on the surface of the fiber; and fifthly, compounding the fibers and the thermoplastic resin to obtain the fiber reinforced thermoplastic composite material. The invention adopts the steps of desizing the fiber, then soaking the fiber by using the modifier, and attaching a layer of polymer film on the surface of the fiber to increase the surface energy of the fiber and improve the interface bonding strength of the fiber and the thermoplastic resin matrix.)
技术领域
本发明涉及复合材料领域，尤其涉及一种提高纤维增强热塑性复合材料界面结合强度的方法。
背景技术
纤维增强热塑性复合材料是一种新型高级轻量化材料，其是在热塑性树脂中复合玻璃纤维、碳纤维、铜纤维、不锈钢纤维、天然植物纤维等纤维用于提升材料的强度。随着制造业和新材料技术的不断发展，纤维增强热塑性复合材料因具有高的抗拉刚度和强度等力学性能，较高的化学软化点，高温熔融流动性好以及可重复回收利用等特点而被广泛应用于汽车工业、航天领域、电子电器、体育设施、家用电器等领域。
然而，纤维增强热塑性复合材料的强度往往低于纤维增强热固性复合材料，导致纤维增强热塑性复合材料在许多需要高强度高硬度的应用领域受到限制，因此提高纤维增强热塑性复合材料的强度十分有必要，而影响其强度的关键因素之一在于纤维与热塑性基体树脂之间界面结合力的大小。纤维由于表面光滑呈现出化学惰性因此与热塑性基体间的界面相容性较差以及界面结合力较小导致复合材料的整体力学性能不高，影响了纤维增强热塑性复合材料的实际应用。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种提高纤维增强热塑性复合材料界面结合强度的方法，本发明通过对纤维脱浆处理后进行改性剂浸渍处理，使纤维表面附着一层高分子薄膜以增加纤维的表面能，提高纤维与热塑性树脂基体的界面结合强度。
本发明的具体技术方案为：
一种提高纤维增强热塑性复合材料界面结合强度的方法，包括以下步骤：
一、将三(羟甲基)氨基甲烷、无水乙醇和盐酸缓冲液加入水溶液中得到Tris溶液；
二、将聚乙烯醇、阳离子淀粉、盐酸多巴胺、乙烯-醋酸乙烯共聚物、羧甲基纤维素和水性聚氨酯的一种或几种改性剂和N，N-二甲基甲酰胺、4-氨基苯酚，4-二甲胺吡啶加入到步骤一所得的Tris溶液中，超声波处理后得到混合均匀的溶液；
三、将丙酮与无水乙醇配制成混合溶液，然后将碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维的一种或多种纤维放置于混合溶液中静置后洗涤干燥得到退浆纤维；
四、将步骤三所得的退浆纤维置于步骤二配制的溶液中静置后取出洗涤干燥得到表面附着一层高分子薄膜的纤维；
五、将步骤四所得的纤维与聚酰亚胺、尼龙6、尼龙66、聚丙烯、聚醚醚酮和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种或多种热塑性树脂通过热压成型、拉挤成型、传递模塑成型、3D打印成型的一种或多种成型工艺得到纤维增强热塑性复合材料。
在步骤一至二中，本发明制得了用于纤维表面改性的浸渍溶液；其中步骤一中制备Tris溶液的目的是为了提供一个碱性的环境能够使改性剂在溶液中加速聚合反应从而提高高分子聚合反应的速率；步骤二中的N，N-二甲基甲酰胺、4-氨基苯酚和4-二甲胺吡啶(DMAP)等物质是为了提供一个富含氨基且能够提高高分子薄膜负载的稳定性和均匀性的环境，在实际应用中能够缩短生产周期和提高生产稳定性。在步骤三中对纤维进行退浆处理，以改善浸渍溶液中改性剂在纤维表面的附着效果。在步骤四中，纤维浸入含有改性剂的溶液中后，改性剂在纤维的表面附着并形成一层高分子薄膜，高分子薄膜中带有许多如氨基、羟基等活性官能团，这些活性官能团能够增加纤维的表面能，提高纤维与热塑性基体的相容性从而可以显著增强纤维与树脂的界面结合力。
综上，本发明通过在纤维的表面附着一层高分子薄膜的方式来改善纤维与热塑性树脂的结合力，与传统的强酸氧化等方法相比，不仅有效地避免了强酸氧化造成对纤维本身的损伤而且还修护了纤维表面的缺陷，使得纤维的单丝拉伸强度有略微的提高。
作为优选，所述Tris溶液中Tris的浓度为0.005～0.1mol/L。优选的，Tris浓度为0.01mol/L。
作为优选，步骤二中，所述改性剂的质量浓度为1～5g/L；优选的，所述的改性剂质量浓度为2g/L。所述超声波处理的时间为1～3小时。
优选的，所述改性剂为聚乙烯醇和盐酸多巴胺的混合溶液，更优选的，所述改性剂为盐酸多巴胺。
作为优选，步骤三中，所述静置时间为6～48h。优选的，所述纤维为碳纤维。
作为优选，步骤四中，退浆纤维和溶液的浴比为0.8-1.2∶1。
作为优选，步骤五中，所述纤维与热塑性树脂的比例为7∶10-15。
作为优选，步骤五中：
尼龙6热塑性树脂的热压成型反应温度为100～500℃；热压成型压力为3～20MPa；热压成型时间为3～30min；进一步优选为热压成型反应温度为200～350℃；热压成型压力为5～15MPa；热压成型时间为5～20min；再进一步优选为热压成型反应温度为250～280℃；热压成型压力为10～13MPa；热压成型时间为10～15min。
尼龙66热塑性树脂的热压成型反应温度为150～450℃；热压成型压力为3～20MPa；热压成型时间为3～30min；进一步优选为反应温度为200～350℃；热压成型压力为5～15MPa；热压成型时间为5～20min；再进一步优选为热压成型反应温度为250～300℃；热压成型压力为10～13MPa；热压成型时间为10～15min。
聚丙烯热塑性树脂的热压成型反应温度为100～450℃；热压成型压力为3～20MPa；热压成型时间为3～30min；进一步优选为热压成型反应温度为150～300℃；热压成型压力为5～15MPa；热压成型时间为5～20min；再进一步优选为热压成型反应温度为200～250℃；热压成型压力为8～12MPa；热压成型时间为8～13min。
聚醚醚酮热塑性树脂的热压成型反应温度为200～600℃；热压压力为3～20MPa；热压成型时间为3～30min；进一步优选为热压成型反应温度为250～500℃；热压压力为5～15MPa；热压成型时间为5～20min；再进一步优选为热压成型反应温度为300～450℃；热压压力为9～12MPa；热压成型时间为9～13min。
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物热塑性树脂的热压成型反应温度为100～600℃；热压成型压力为3～20MPa；热压成型时间为3～30min；进一步优选为热压成型反应温度为150～500℃；热压压力为5～15MPa；热压成型时间为5～20min；再进一步优选为反应温度为230～300℃；热压压力为9～12MPa；热压成型时间为9～13min。
作为优选，所述热塑性树脂为尼龙6和尼龙66，更优选的，所述热塑性树脂为尼龙6。
上述方法得到的纤维增强热塑性复合材料在汽车工业、航天领域、电子电器、体育设施、家用电器领域中的应用。
与现有技术对比，本发明的有益效果是：本发明通过对纤维脱浆处理后进行改性剂浸渍处理，使纤维表面附着一层高分子薄膜，该高分子薄膜中带有许多如氨基、羟基等活性官能团，这些活性官能团能够增加纤维的表面能，提高纤维与热塑性基体的相容性从而可以显著增强纤维与树脂的界面结合力。本发明方法与传统的强酸氧化等方法相比，不仅有效地避免了强酸氧化造成对纤维本身的损伤而且还修护了纤维表面的缺陷，使得纤维的单丝拉伸强度有略微的提高。本发明的纤维增强热塑性复合材料的层间剪切强度提高了20％-200％左右，弯曲强度提高了19％-60％左右。
附图说明
图1是测试例1步骤二中得到的未经负载聚多巴胺薄膜的T300碳纤维的扫描电镜图片；
图2是测试例1步骤四中得到的负载了聚多巴胺薄膜的T300碳纤维的扫描电镜图片；
图3是测试例1中不同改性处理的碳纤维单丝拉伸强度对比图；
图4是测试例1和对比例1的复合材料的层间剪切强度力与位移曲线图；
图5是测试例1和对比例1的复合材料的弯曲强度力与位移曲线图；
图6是测试例1与对比例1碳纤维增强尼龙6复合材料的热重曲线图；
图7是测试例2与对比例2碳纤维增强聚丙烯复合材料的热重曲线图；
图8是测试例3步骤二中得到的未经负载聚多巴胺薄膜的T300碳纤维的原子力显微镜图片；
图9是测试例3步骤四中得到的负载高分子薄膜的T300碳纤维的原子力显微镜图片。
具体实施方式
下面结合具体的实施案例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外，在阅读了本发明的讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
具体实施方式一：
一、将0.48456g的三(羟甲基)氨基甲烷(Tris)、50ml无水乙醇和1M盐酸缓冲液加入400ml水溶液中得到浓度为0.01M的Tris溶液。
二、将0.8g的盐酸多巴胺和N，N-二甲基甲酰胺、4-氨基苯酚，4-二甲胺吡啶(DMAP)按照2g/L的质量浓度加入到步骤一中所得的Tris溶液中，超声波处理30min后得到混合均匀的溶液。
三、将200ml丙酮与200ml无水乙醇按照1∶1配制成混合溶液，然后将商用碳纤维放置于溶液中静置24h后洗涤干燥得到去除上浆剂后的碳纤维。
四、将步骤三中退浆的碳纤维与步骤二配制的溶液按照1∶1浴比混合静置18h后取出洗涤干燥得到表面附着一层聚多巴胺薄膜的碳纤维。
五、将步骤四所得的附着聚多巴胺薄膜的碳纤维与尼龙6(PA6)热塑性树脂薄膜按照7∶13的质量比交替叠放然后在250℃、10MPa下热压10min后冷压成型得到碳纤维增强尼龙6复合材料。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤五中所述的热塑性基体为聚丙烯(PP)，步骤五中所述温度为200℃，其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤五中所述的热塑性基体为尼龙66(PA66)，步骤五中所述温度为260℃，其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤五中所述的热塑性基体为聚醚醚酮(PEEK)，步骤五中所述温度为375℃，其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤五中所述的热塑性基体为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)，步骤五中所述温度为230℃，其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤三中所述的增强体为玻璃纤维，其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式二不同的是步骤三中所述的增强体为玻璃纤维，其他与具体实施方式二相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式三不同的是步骤三中所述的增强体为玻璃纤维，其他与具体实施方式三相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式四不同的是步骤三中所述的增强体为玻璃纤维，其他与具体实施方式四相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式五不同的是步骤三中所述的增强体为玻璃纤维，其他与具体实施方式五相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤三中所述的增强体为玄武岩纤维，其他与具体实施方式一或六相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式二不同的是步骤三中所述的增强体为玄武岩纤维，其他与具体实施方式二或七相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式三不同的是步骤三中所述的增强体为玄武岩纤维，其他与具体实施方式三或八相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式四不同的是步骤三中所述的增强体为玄武岩纤维，其他与具体实施方式四或九相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式五不同的是步骤三中所述的增强体为玄武岩纤维，其他与具体实施方式五或十相同。
具体实施方式十六：
一、将0.48456的三(羟甲基)氨基甲烷(Tris)、50ml无水乙醇和1M盐酸缓冲液加入水溶液中得到浓度为0.01M的Tris溶液。
二、将0.8g的聚乙烯醇和N，N-二甲基甲酰胺、4-氨基苯酚，4-二甲胺吡啶(DMAP)按照2g/L的质量浓度加入到步骤一中所得的Tris溶液中，超声波处理30min后得到混合均匀的溶液。
三、将200ml丙酮与200ml无水乙醇按照1∶1配制成混合溶液，然后将商用碳纤维放置于溶液中静置24h后洗涤干燥得到去除上浆剂后的碳纤维。
四、将步骤三中退浆的碳纤维与步骤二配制的溶液按照1∶1浴比混合静置18h后取出洗涤干燥得到表面附着一层聚乙烯醇薄膜的碳纤维。
五、将步骤四所得的附着聚乙烯醇薄膜的碳纤维与尼龙6(PA6)热塑性树脂薄膜按照7∶13的质量比交替叠放然后在250℃、10MPa下热压10min后冷压成型得到碳纤维增强尼龙6复合材料。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式十六不同的是步骤五中所述的热塑性基体为聚丙烯(PP)，步骤五中所述温度为200℃，其他与具体实施方式十六相同。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤五中所述的热塑性基体为尼龙66(PA66)，步骤五中所述温度为260℃，其他与具体实施方式十六相同。
具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式十六不同的是步骤五中所述的热塑性基体为聚醚醚酮(PEEK)，步骤五中所述温度为375℃，其他与具体实施方式十六相同。
具体实施方式二十：本实施方式与具体实施方式十六不同的是步骤五中所述的热塑性基体为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)，步骤五中所述温度为230℃，其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式二十一：本实施方式与具体实施方式十六不同的是步骤三中所述的增强体为玻璃纤维，其他与具体实施方式十六相同。
具体实施方式二十二：本实施方式与具体实施方式十七不同的是步骤三中所述的增强体为玻璃纤维，其他与具体实施方式十七相同。
具体实施方式二十三：本实施方式与具体实施方式十八不同的是步骤三中所述的增强体为玻璃纤维，其他与具体实施方式十八相同。
具体实施方式二十四：本实施方式与具体实施方式十九不同的是步骤三中所述的增强体为玻璃纤维，其他与具体实施方式十九相同。
具体实施方式二十五：本实施方式与具体实施方式二十不同的是步骤三中所述的增强体为玻璃纤维，其他与具体实施方式二十相同。
具体实施方式二十六：本实施方式与具体实施方式十六不同的是步骤三中所述的增强体为玄武岩纤维，其他与具体实施方式十六或二十一相同。
具体实施方式二十七：本实施方式与具体实施方式十七不同的是步骤三中所述的增强体为玄武岩纤维，其他与具体实施方式十七或二十二相同。
具体实施方式二十八：本实施方式与具体实施方式十八不同的是步骤三中所述的增强体为玄武岩纤维，其他与具体实施方式十八或二十三相同。
具体实施方式二十九：本实施方式与具体实施方式十九不同的是步骤三中所述的增强体为玄武岩纤维，其他与具体实施方式十九或二十四相同。
具体实施方式三十：本实施方式与具体实施方式二十不同的是步骤三中所述的增强体为玄武岩纤维，其他与具体实施方式二十或二十五相同。
具体实施方式三十一：
一、将0.48456的三(羟甲基)氨基甲烷(Tris)、50ml无水乙醇和1M盐酸缓冲液加入水溶液中得到浓度为0.01M的Tris溶液。
二、将0.15g的羧甲基纤维素、0.4g乙烯-醋酸乙烯共聚物和N，N-二甲基甲酰胺、4-氨基苯酚，4-二甲胺吡啶(DMAP)按照2g/L的质量浓度加入到步骤一中所得的溶液中，超声波处理30min后得到混合均匀的溶液。
三、将200ml丙酮与200ml无水乙醇按照1∶1例配制成混合溶液，然后将商用碳纤维放置于溶液中静置24h后洗涤干燥得到去除上浆剂后的碳纤维。
四、将步骤三中退浆的碳纤维与步骤二配制的溶液按照1∶1浴比混合静置18h后取出洗涤干燥得到表面附着一层纤维素薄膜的碳纤维。
五、将步骤四所得的附着纤维素薄膜的碳纤维与尼龙6(PA6)热塑性树脂薄膜按照7∶13的质量比交替叠放然后在250℃、10MPa下热压10min后冷压成型得到碳纤维增强尼龙6复合材料。
具体实施方式三十二：本实施方式与具体实施方式三十一不同的是步骤五中所述的热塑性基体为聚丙烯(PP)，步骤五中所述温度为200℃，其他与具体实施方式三十一相同。
具体实施方式三十三：本实施方式与具体实施方式三十一不同的是步骤五中所述的热塑性基体为尼龙66(PA66)，步骤五中所述温度为260℃，其他与具体实施方式三十一相同。
具体实施方式三十四：本实施方式与具体实施方式三十一不同的是步骤五中所述的热塑性基体为聚醚醚酮(PEEK)，步骤五中所述温度为375℃，其他与具体实施方式三十一相同。
具体实施方式三十五：本实施方式与具体实施方式三十一不同的是步骤五中所述的热塑性基体为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)，步骤五中所述温度为230℃，其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三十六：本实施方式与具体实施方式三十一不同的是步骤三中所述的增强体为玻璃纤维，其他与具体实施方式三十一相同。
具体实施方式三十七：本实施方式与具体实施方式三十二不同的是步骤三中所述的增强体为玻璃纤维，其他与具体实施方式三十二相同。
具体实施方式三十八：本实施方式与具体实施方式三十三不同的是步骤三中所述的增强体为玻璃纤维，其他与具体实施方式三十三相同。
具体实施方式三十九：本实施方式与具体实施方式三十四不同的是步骤三中所述的增强体为玻璃纤维，其他与具体实施方式三十四相同。
具体实施方式四十：本实施方式与具体实施方式三十五不同的是步骤三中所述的增强体为玻璃纤维，其他与具体实施方式三十五相同。
具体实施方式四十一：本实施方式与具体实施方式三十一不同的是步骤三中所述的增强体为玄武岩纤维，其他与具体实施方式三十一或三十六相同。
具体实施方式四十二：本实施方式与具体实施方式三十二不同的是步骤三中所述的增强体为玄武岩纤维，其他与具体实施方式三十二或三十七相同。
具体实施方式四十三：本实施方式与具体实施方式三十三不同的是步骤三中所述的增强体为玄武岩纤维，其他与具体实施方式三十三或三十八相同。
具体实施方式四十四：本实施方式与具体实施方式三十四不同的是步骤三中所述的增强体为玄武岩纤维，其他与具体实施方式三十四或三十九相同。
具体实施方式四十五：本实施方式与具体实施方式三十五不同的是步骤三中所述的增强体为玄武岩纤维，其他与具体实施方式三十五或四十相同。
具体实施方式四十六：
一、将0.48456的三(羟甲基)氨基甲烷(Tris)、50ml无水乙醇和1M盐酸缓冲液加入水溶液中得到浓度为0.01M的Tris溶液。
二、将0.2g的阳离子淀粉、0.8g盐酸多巴胺和N，N-二甲基甲酰胺、4-氨基苯酚，4-二甲胺吡啶(DMAP)按照2g/L的质量浓度加入到步骤一中所得的溶液中，超声波处理30min后得到混合均匀的溶液。
三、将丙酮与无水乙醇按照1∶1配制成混合溶液，然后将商用碳纤维放置于溶液中静置24h后洗涤干燥得到去除上浆剂后的碳纤维。
四、将步骤三中退浆的碳纤维与步骤二配制的溶液按照1∶1浴比混合静置18h后取出洗涤干燥得到表面附着一层高分子薄膜的碳纤维。
五、将步骤四所得的附着高分子薄膜的碳纤维与尼龙6(PA6)热塑性树脂粉末混合然后在3D打印机中设置参数填充密度为100，打印温度为250℃，平台温度为100℃，风扇速度为2，打印速度设置为较慢，加工成型得到碳纤维增强尼龙6复合材料。
具体实施方式四十七：本实施方式与具体实施方式四十六不同的是步骤五中所述的热塑性基体为聚丙烯(PP)，步骤五中所述打印温度为200℃，其他与具体实施方式四十六相同。
具体实施方式四十八：本实施方式与具体实施方式四十六不同的是步骤五中所述的热塑性基体为尼龙66(PA66)，步骤五中所述打印温度为260℃，其他与具体实施方式四十六相同。
具体实施方式四十九：本实施方式与具体实施方式四十六不同的是步骤五中所述的热塑性基体为聚醚醚酮(PEEK)，步骤五中所述打印温度为375℃，其他与具体实施方式四十六相同。
具体实施方式五十：本实施方式与具体实施方式四十六不同的是步骤五中所述的热塑性基体为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)，步骤五中所述打印温度为230℃，其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式五十一：本实施方式与具体实施方式四十六不同的是步骤三中所述的增强体为玻璃纤维，其他与具体实施方式四十六相同。
具体实施方式五十二：本实施方式与具体实施方式四十七不同的是步骤三中所述的增强体为玻璃纤维，其他与具体实施方式四十七相同。
具体实施方式五十三：本实施方式与具体实施方式四十八不同的是步骤三中所述的增强体为玻璃纤维，其他与具体实施方式四十八相同。
具体实施方式五十四：本实施方式与具体实施方式四十九不同的是步骤三中所述的增强体为玻璃纤维，其他与具体实施方式四十九相同。
具体实施方式五十五：本实施方式与具体实施方式五十不同的是步骤三中所述的增强体为玻璃纤维，其他与具体实施方式五十相同。
具体实施方式五十六：本实施方式与具体实施方式四十六不同的是步骤三中所述的增强体为玄武岩纤维，其他与具体实施方式四十六或五十一相同。
具体实施方式五十七：本实施方式与具体实施方式四十七不同的是步骤三中所述的增强体为玄武岩纤维，其他与具体实施方式四十七或五十二相同。
具体实施方式五十八：本实施方式与具体实施方式四十八不同的是步骤三中所述的增强体为玄武岩纤维，其他与具体实施方式四十八或五十三相同。
具体实施方式五十九：本实施方式与具体实施方式四十九不同的是步骤三中所述的增强体为玄武岩纤维，其他与具体实施方式四十九或五十四相同。
具体实施方式六十：本实施方式与具体实施方式五十不同的是步骤三中所述的增强体为玄武岩纤维，其他与具体实施方式五十或五十五相同。
测试例1：
一、将0.48456g的三(羟甲基)氨基甲烷(Tris)、50ml无水乙醇和1M盐酸缓冲液加入400ml水溶液中得到浓度为0.01M的Tris溶液；
二、将0.8g的盐酸多巴胺和N，N-二甲基甲酰胺、4-氨基苯酚和4-二甲胺吡啶(DMAP)按照2g/L的质量浓度加入到步骤一中所得的Tris溶液中，超声波处理30min后得到混合均匀的溶液；
三、将200ml丙酮与200ml无水乙醇按照1∶1配制成混合溶液，然后将商用碳纤维放置于溶液中静置24h后洗涤干燥得到去除上浆剂后的碳纤维；
四、将步骤三中退浆的碳纤维与步骤二配制的溶液按照1∶1浴比混合静置18h后取出洗涤干燥得到表面附着一层聚多巴胺薄膜的碳纤维；
五、将步骤四所得附着聚多巴胺薄膜的碳纤维与尼龙6(PA6)热塑性树脂薄膜按照7∶13的质量比交替叠放然后在250℃，10MPa下热压10min后冷压成型得到碳纤维增强尼龙6复合材料。
对比例1：
一、将200ml丙酮与200ml无水乙醇按照1∶1配制成混合溶液，然后将商用碳纤维放置于溶液中静置24h后洗涤干燥得到去除上浆剂后的碳纤维；
二、将步骤二所得退浆的碳纤维与尼龙6(PA6)热塑性树脂薄膜按照7∶13的质量比交替叠放然后在250℃，10MPa下热压10min后冷压成型得到碳纤维增强尼龙6复合材料。
实施例步骤一中制备含有三(羟甲基)氨基甲烷(Tris)、无水乙醇和盐酸缓冲液的混合溶液的目的是为了提供一个碱性的环境能够使改性剂在溶液中加速聚合反应从而提高高分子聚合反应的速率。步骤二中含有的N，N-二甲基甲酰胺、4-氨基苯酚和4-二甲胺吡啶(DMAP)等物质是为了提供一个富含氨基且能够提高高分子薄膜负载的稳定性和均匀性的环境，在实际应用中能够缩短生产周期和提高生产稳定性。实施例1中未经负载聚多巴胺薄膜的T300碳纤维布的扫描电镜图片如图1所示，经步骤三得到负载聚多巴胺薄膜的T300碳纤维布的扫描电镜图片如图2所示，由图1可知，未经处理的碳纤维表面有一些凹槽等缺陷，而且表面较为光滑。从图2可看出，负载一层薄膜后碳纤维表面的一些凹槽等缺陷被聚多巴胺所填充修复了碳纤维本身的一些缺陷，而且表面的粗糙度也得到明显提高，有利于纤维与树脂间的机械啮合提高界面的结合力。从图3可看出实施例1负载聚多巴胺薄膜的碳纤维单丝拉伸强度为3.176MPa，对比试验1未经多巴胺处理的碳纤维单丝拉伸强度为3.054MPa，改性后碳纤维的单丝拉伸强度略有增加。
对测试例1中的碳纤维布对比例1中的碳纤维布进行接触角测试和表面自由能测试，结果如下表1-2所示。
表1材料的接触角
表2材料的表面自由能
样品
表面自由能(mN/m)
测试例1负载聚多巴胺薄膜的碳纤维布
49.14
对比例1未经多巴胺处理的碳纤维布
27.85
从表1中可以看出对比例1未经多巴胺处理的碳纤维布在水作为溶剂的情况下接触角为95.4°，在乙二醇作为溶剂的情况下接触角为67.7°，而测试例1负载聚多巴胺薄膜的碳纤维布在水作为溶剂时的接触角为76.4°，在乙二醇作为溶剂时的接触角为31.5°。改性后碳纤维布的接触角降低了很多，因此这种改性方法提高了碳纤维布与液体的润湿性。根据表2，对比例1未经多巴胺处理的碳纤维布表面自由能为27.85mN/m，而测试例1负载聚多巴胺薄膜的碳纤维布表面自由能增加到49.14mN/m，这是因为聚多巴胺具有许多的活性基团如羟基、氨基等使得碳纤维布的表面自由能提高，从而可推测出改性的碳纤维布与树脂具有良好的浸润性进一步提高复合材料的力学性能。
对测试例1中的碳纤维增强尼龙6复合材料对比例1中的碳纤维增强尼龙6复合材料进行层间剪切性能测试和弯曲性能测试，结果如下表3所示。
表3碳纤维增强尼龙6复合材料的层间剪切强度和弯曲强度
图4图5分别为复合材料的层间剪切强度和弯曲强度力与位移曲线图。从表3、图4和图5可看出对比例1未经多巴胺处理的碳纤维增强尼龙6复合材料的层间剪切强度(ILSS)仅为10.2MPa，弯曲强度仅为171.1MPa，而测试例1负载聚多巴胺薄膜的碳纤维增强尼龙6复合材料的层间剪切强度(ILSS)为28.8MPa，弯曲强度为268.4MPa。相比于未改性的碳纤维增强尼龙6复合材料，改性后的碳纤维增强尼龙6复合材料剪切强度提高了182％，弯曲强度提高了56.9％，有很大的提升。
根据图6测试例1与对比例1碳纤维增强尼龙6复合材料的热重曲线图可知，未经多巴胺处理的碳纤维增强尼龙6复合材料的分解温度为434.1℃，而负载聚多巴胺薄膜的碳纤维增强尼龙6复合材料的分解温度为439.7℃，相对而言，改性后的碳纤维热塑性复合材料的热稳定性略有提高，总体上影响不大。
测试例2：
一、将0.48456g的三(羟甲基)氨基甲烷(Tris)、50ml无水乙醇和1M盐酸缓冲液加入400ml水溶液中得到浓度为0.01M的Tris溶液；
二、将0.3g的水性聚氨酯、0.8g的盐酸多巴胺和N，N-二甲基甲酰胺、4-氨基苯酚和4-二甲胺吡啶(DMAP)按照2g/L的质量浓度加入到步骤一中所得的Tris溶液中，超声波处理30min后得到混合均匀的溶液；
三、将200ml丙酮与200ml无水乙醇按照1∶1配制成混合溶液，然后将商用碳纤维放置于溶液中静置24h后洗涤干燥得到去除上浆剂后的碳纤维；
四、将步骤三中退浆的碳纤维与步骤二配制的溶液按照1∶1浴比混合静置18h后取出洗涤干燥得到表面附着一层高分子薄膜的碳纤维；
五、将步骤四所得附着高分子薄膜的碳纤维与聚丙烯(PP)热塑性薄膜按照7∶13的质量比交替叠放然后在200℃，10MPa下热压10min后冷压成型得到碳纤维增强聚丙烯复合材料。
对比例2：
一、将200ml丙酮与200ml无水乙醇按照1∶1配制成混合溶液，然后将商用碳纤维放置于溶液中静置24h后洗涤干燥得到去除上浆剂后的碳纤维；
二、将步骤二所得退浆的碳纤维与聚丙烯(PP)热塑性薄膜按照7∶13的质量比交替叠放然后在200℃，10MPa下热压10min后冷压成型得到碳纤维增强聚丙烯复合材料。
对实施例2中的碳纤维增强聚丙烯对比实例2中的碳纤维增强聚丙烯复合材料进行层间剪切性能测试和弯曲性能测试，结果如下表4所示。
表4碳纤维增强聚丙烯复合材料的层间剪切强度和弯曲强度
从表4可看出对比例2未经多巴胺处理的碳纤维增强聚丙烯的层间剪切强度(ILSS)仅为6.9MPa，弯曲强度仅为73MPa，而测试例2负载聚多巴胺薄膜的碳纤维增强聚丙烯的层间剪切强度(ILSS)为8.9MPa，弯曲强度为87MPa。相比于未改性的碳纤维增强聚丙烯复合材料，改性后的碳纤维增强聚丙烯复合材料剪切强度提高了28.9％，弯曲强度提高了19.2％，性能有较好的改善。
根据图7测试例2与对比例2碳纤维增强聚丙烯复合材料的热重曲线图可知，未经多巴胺处理的碳纤维增强聚丙烯复合材料的分解温度为453.9℃，而负载聚多巴胺薄膜的碳纤维增强聚丙烯复合材料的分解温度为459.5℃，相对而言，改性后的碳纤维热塑性复合材料的热稳定性略有提高。
测试例3：
一、将0.48456g的三(羟甲基)氨基甲烷(Tris)、50ml无水乙醇和1M盐酸缓冲液加入400ml水溶液中得到浓度为0.01M的Tris溶液；
二、将0.2g的阳离子淀粉、0.8g的盐酸多巴胺和N，N-二甲基甲酰胺、4-氨基苯酚和4-二甲胺吡啶(DMAP)按照2g/L的质量浓度加入到步骤一中所得的Tris溶液中，超声波处理30min后得到混合均匀的溶液；
三、将200ml丙酮与200ml无水乙醇按照1∶1配制成混合溶液，然后将商用碳纤维放置于溶液中静置24h后洗涤干燥得到去除上浆剂后的碳纤维；
四、将步骤三中退浆的碳纤维与步骤二配制的溶液按照1∶1浴比混合静置18h后取出洗涤干燥得到表面附着一层高分子薄膜的碳纤维；
五、将步骤四所得附着高分子薄膜的碳纤维与尼龙66(PA66)热塑性树脂薄膜按照7∶13的质量比交替叠放然后在260℃，10MPa下热压10min后冷压成型得到碳纤维增强尼龙66复合材料。
对比例3：
一、将200ml丙酮与200ml无水乙醇按照1∶1配制成混合溶液，然后将商用碳纤维放置于溶液中静置24h后洗涤干燥得到去除上浆剂后的碳纤维；
二、将步骤二所得退浆的碳纤维与尼龙66(PA66)热塑性树脂薄膜按照7∶13的质量比交替叠放然后在260℃，10MPa下热压10min后冷压成型得到碳纤维增强尼龙66复合材料。
测试例3中未经负载高分子薄膜的T300碳纤维布的原子力显微镜图片如图8所示，经步骤三得到负载高分子薄膜的T300碳纤维布的原子力显微镜图片如图9所示。由图8可知，未经处理的碳纤维表面有一些凹槽等缺陷，而且表面较为光滑，可以看到表面上含有一些少量的商用上浆剂，从图9可看出，负载一层高分子薄膜后碳纤维表面的一些凹槽等缺陷被高分子薄膜所填充修复了碳纤维本身的一些缺陷，而且表面的粗糙度也得到明显提高，有利于纤维与树脂间的机械啮合提高界面的结合力。由于高分子薄膜有一定的吸水性，导致表面出现一些水纹，也侧面证明了高分子薄膜成功的负载到碳纤维的表面上。
对测试例3中的碳纤维增强尼龙66复合材料对比例3中的碳纤维增强尼龙66复合材料进行层间剪切性能测试和弯曲性能测试，结果如下表5所示。
表5碳纤维增强尼龙66复合材料的层间剪切强度和弯曲强度
从表5可看出对比例3未经改性剂处理的碳纤维增强尼龙66复合材料的层间剪切强度(ILSS)仅为13.5MPa，弯曲强度仅为190.3MPa，而实施例3负载高分子薄膜的碳纤维增强尼龙66复合材料的层间剪切强度(ILSS)为27.4MPa，弯曲强度为278.7MPa。相比于未改性的碳纤维增强尼龙66复合材料，改性后的碳纤维增强尼龙66复合材料剪切强度提高了103％，弯曲强度提高了46.5％，有较大的提升。
测试例4：
一、将0.48456g的三(羟甲基)氨基甲烷(Tris)、50ml无水乙醇和1M盐酸缓冲液加入400ml水溶液中得到浓度为0.01M的Tris溶液；
二、将0.15g的羧甲基纤维素、0.4g的乙烯-醋酸乙烯共聚物和N，N-二甲基甲酰胺、4-氨基苯酚和4-二甲胺吡啶(DMAP)按照2g/L的质量浓度加入到步骤一中所得的Tris溶液中，超声波处理30min后得到混合均匀的溶液；
三、将200ml丙酮与200ml无水乙醇按照1∶1配制成混合溶液，然后将商用碳纤维放置于溶液中静置24h后洗涤干燥得到去除上浆剂后的碳纤维；
四、将步骤三中退浆的碳纤维与步骤二配制的溶液按照1∶1浴比混合静置18h后取出洗涤干燥得到表面附着一层纤维素薄膜的碳纤维；
五、将步骤四所得附着纤维素薄膜的碳纤维与丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)热塑性树脂薄膜交替叠放然后在230℃，10MPa下热压11min后冷压成型得到碳纤维增强ABS复合材料。
对比例4：
一、将200ml丙酮与200ml无水乙醇按照1∶1配制成混合溶液，然后将商用碳纤维放置于溶液中静置24h后洗涤干燥得到去除上浆剂后的碳纤维；
二、将步骤二所得退浆的碳纤维与丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)热塑性树脂薄膜交替叠放然后在230℃，10MPa下热压11min后冷压成型得到碳纤维增强ABS复合材料。
对测试例4中的碳纤维增强ABS复合材料对比例4中的碳纤维增强ABS复合材料进行层间剪切性能测试和弯曲性能测试，结果如下表6所示。
表6碳纤维增强ABS复合材料的层间剪切强度和弯曲强度
从表6可看出对比例4未经改性剂处理的碳纤维增强ABS复合材料的层间剪切强度(ILSS)仅为16.1MPa，弯曲强度仅为248.7MPa，而测试例4负载高分子薄膜的碳纤维增强ABS复合材料的层间剪切强度(ILSS)为28.1MPa，弯曲强度为350.2MPa。相比于未改性的碳纤维增强ABS复合材料，改性后的碳纤维增强ABS复合材料剪切强度提高了74.5％，弯曲强度提高了40.8％，有较大的提升。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。
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