【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于碳纖維改性及cf/peek復(fù)合材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種多維納米粒子改性碳纖維的方法和在cf/peek復(fù)合材料中的應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、碳纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料具備出色的物理化學(xué)特性，涵蓋了高比強(qiáng)度、比剛度，質(zhì)量輕、耐腐蝕性強(qiáng)、熱穩(wěn)定性優(yōu)良以及易于成型等優(yōu)點(diǎn)，其在航空航天、國(guó)防軍事、交通運(yùn)輸?shù)戎T多領(lǐng)域中均得到了廣泛運(yùn)用。在常用的高性能熱塑性樹脂基體中，綜合性能最為出色的當(dāng)屬聚醚醚酮(peek)，其屬于結(jié)構(gòu)中同時(shí)包含苯環(huán)、醚鍵和酮鍵的半結(jié)晶型高分子聚合物。
2、然而，碳纖維(cf)表面光滑、呈化學(xué)惰性且具有低表面能，peek的惰性致使纖維與基體之間的界面結(jié)合力較弱，這影響了cf/peek復(fù)合材料的整體性能。故而，需要對(duì)碳纖維表面進(jìn)行改性處理。近些年來，已經(jīng)開發(fā)出了眾多碳纖維表面改性方法，主要通過提升纖維的極性、表面粗糙度和表面能來增強(qiáng)碳纖維復(fù)合材料的界面性能。但是，大多數(shù)改性方法在提升界面性能的同時(shí)，會(huì)存在損壞纖維本體強(qiáng)度、耗費(fèi)時(shí)間、使用有毒溶劑等弊端。因此，研究一種簡(jiǎn)便且環(huán)保的cf表面改性方法對(duì)于解決cf/peek復(fù)合材料的界面問題，提升復(fù)合材料整體的機(jī)械性能與充分發(fā)揮功能性是至關(guān)重要的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是為了解決cf/peek復(fù)合材料的界面問題以及提升復(fù)合材料的整體機(jī)械性能，而提供了一種多維納米粒子改性碳纖維的方法和在cf/peek復(fù)合材料中的應(yīng)用。
2、本專利技術(shù)的目的之一在于提供一種多維納米粒子改性碳纖維的方法，所述
3、s1：對(duì)脫漿cf織物進(jìn)行表面含氧官能團(tuán)活化，然后在加熱條件下，置于聚乙烯亞胺(pei)的水溶液中浸泡，得到pei改性cf；
4、s2：將pei改性cf置于mxene懸浮液中浸泡，室溫烘干，得到mxene改性cf，記為mcf；
5、s3：將導(dǎo)電炭黑(cb)和pei加入去離子水，加熱條件下磁力攪拌，隨后超聲處理，抽濾、洗滌、低溫烘干、研磨，得到pei改性cb；
6、s4：將pei改性cb分散于去離子水中，得到分散液，然后將mcf浸泡其中，低溫烘干后得到多維納米粒子改性的碳纖維。
7、進(jìn)一步限定，s1中cf織物脫漿過程：在加熱條件下，于丙酮中進(jìn)行索氏提取，隨后水洗、烘干。
8、進(jìn)一步限定，s1中通過在米氏酸/乙醇溶液中浸泡進(jìn)行表面含氧官能團(tuán)活化。
9、進(jìn)一步限定，s1中pei水溶液濃度為0.5-1.5g/l。
10、進(jìn)一步限定，s1中浸泡溫度為40-60℃，時(shí)間為0.5-1.5h。
11、進(jìn)一步限定，s2中mxene懸浮液濃度為0.5-1.5g/l。
12、進(jìn)一步限定，s2中浸泡20-40min。
13、進(jìn)一步限定，s3中cb和pei的質(zhì)量比為(0.5-1.5)：1。
14、進(jìn)一步限定，s3中pei與去離子水的比為1g：(80-120)ml。
15、進(jìn)一步限定，s3中磁力攪拌溫度為50-70℃，時(shí)間為3-5h。
16、進(jìn)一步限定，s3中超聲處理3-5h。
17、進(jìn)一步限定，s3中低溫烘干溫度為25-40℃。
18、進(jìn)一步限定，s4中分散液濃度為1-5g/l。
19、進(jìn)一步限定，s4中浸泡20-40min。
20、進(jìn)一步限定，s4中低溫烘干溫度為25-40℃。
21、本專利技術(shù)的目的之二在于提供一種按上述方法制得的多維納米粒子改性碳纖維。
22、本專利技術(shù)的目的之三在于提供一種基于上述多維納米粒子改性碳纖維的cf/peek復(fù)合材料。
23、本專利技術(shù)的目的之四在于提供一種基于上述多維納米粒子改性碳纖維的cf/peek復(fù)合材料的制備方法，所述方法按以下步驟進(jìn)行：
24、將多維納米粒子改性碳纖維與peek薄膜交替鋪層后熱壓而成。
25、進(jìn)一步限定，多維納米粒子改性碳纖維與peek薄膜體積占比為(7-5)：4。
26、進(jìn)一步限定，熱壓條件：4-6mpa條件下，于150-250℃下預(yù)熱20-40min，升溫至350-400℃并保溫20-40min，降溫至250-350℃并保溫20-40min，冷卻到室溫。
27、本專利技術(shù)的目的之五在于提供一種上述cf/peek復(fù)合材料在電磁屏蔽領(lǐng)域的應(yīng)用。
28、本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的顯著效果：
29、(1)本專利技術(shù)為了解決cf與peek的界面問題，提出了一種纖維表面靜電組裝的簡(jiǎn)易且環(huán)保的方法，首先，利用具有豐富氨基的陽離子聚電解質(zhì)與acfs上的氧基功能團(tuán)發(fā)生靜電相互作用。cf表面帶有陽離子電荷。由于支狀分子結(jié)構(gòu)的聚電解質(zhì)pei，在水中能分解nh3+、nrh2+和nr2h+等陽離子基團(tuán)。這些基團(tuán)會(huì)在靜電相互作用下吸附在cf表面使纖維呈正電荷性。因此，pei可以作為橋接部分，將acf與自組裝堆疊層連接起來。然后，將具有正負(fù)電荷性能的mxene納米片層與改性后的pei-cb納米顆粒依次沉積在纖維表面，避免了使用有機(jī)溶劑與損壞本體強(qiáng)度的問題，同時(shí)提升纖維表面的活性及其與樹脂之間的物理互鎖效果，以提高纖維與基體之間的界面結(jié)合，從而提升其機(jī)械性能與電磁屏蔽性能，制備結(jié)構(gòu)功能一體化的復(fù)合材料。
30、(2)本專利技術(shù)提出一種簡(jiǎn)易可行的綠色組裝方法將不同維度的納米材料沉積在cf表面，有效提升了碳纖維與聚醚醚酮之間的結(jié)合強(qiáng)度，改性后的復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度可達(dá)到781.54mpa，層間剪切強(qiáng)度67.1mpa，同時(shí)在x波段的電磁屏蔽性能達(dá)到29.28db，具有優(yōu)異的綜合性能。
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1.一種多維納米粒子改性碳纖維的方法，其特征在于，所述方法：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，S1中CF織物脫漿過程：在加熱條件下，于丙酮中進(jìn)行索氏提取，隨后水洗、烘干，通過在米氏酸/乙醇溶液中浸泡進(jìn)行表面含氧官能團(tuán)活化，PEI水溶液濃度為0.5-1.5g/L，浸泡溫度為40-60℃，時(shí)間為0.5-1.5h。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，S2中MXene懸浮液濃度為0.5-1.5g/L，浸泡20-40min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，S3中CB和PEI的質(zhì)量比為(0.5-1.5)：1，PEI與去離子水的比為1g：(80-120)mL，磁力攪拌溫度為50-70℃，時(shí)間為3-5h，超聲處理3-5h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，S4中分散液濃度為1-5g/L，浸泡20-40min。
6.權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的方法制得的多維納米粒子改性碳纖維。
7.基于權(quán)利要求6所述的多維納米粒子改性碳纖維的CF/PEEK復(fù)合材料。
8.權(quán)利要求7所述的CF/
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，多維納米粒子改性碳纖維與PEEK薄膜體積占比為(7-5)：4，熱壓條件：4-6MPa條件下，于150-250℃下預(yù)熱20-40min，升溫至350-400℃并保溫20-40min，降溫至250-350℃并保溫20-40min，冷卻到室溫。
10.權(quán)利要求7所述的CF/PEEK復(fù)合材料在電磁屏蔽領(lǐng)域的應(yīng)用。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種多維納米粒子改性碳纖維的方法，其特征在于，所述方法：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，s1中cf織物脫漿過程：在加熱條件下，于丙酮中進(jìn)行索氏提取，隨后水洗、烘干，通過在米氏酸/乙醇溶液中浸泡進(jìn)行表面含氧官能團(tuán)活化，pei水溶液濃度為0.5-1.5g/l，浸泡溫度為40-60℃，時(shí)間為0.5-1.5h。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，s2中mxene懸浮液濃度為0.5-1.5g/l，浸泡20-40min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，s3中cb和pei的質(zhì)量比為(0.5-1.5)：1，pei與去離子水的比為1g：(80-120)ml，磁力攪拌溫度為50-70℃，時(shí)間為3-5h，超聲處理3-5h。
5.根據(jù)權(quán)利要求...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張東興，周楠，李英澤，姜乃煜，張洪巖，李經(jīng)緯，姚樺，閻欣，肖海英，賈近，鄒曉虎，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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