【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于碳纖維復合材料制備領域，具體涉及到一種通過界面改性制備碳纖維復合材料的方法。
技術介紹
1、碳纖維復合材料因其輕質高強、耐高溫、耐腐蝕及優異的力學性能等特點，在多個領域得到了廣泛的應用。特別是在航天領域，碳纖維復合材料不僅用于衛星結構和運載器材，還廣泛應用于飛機結構中，如空客a380、a350和波音787等大型客機，占結構總重的顯著比例。此外，這種材料也在高速動車組、軌道交通以及民用航空中得到應用，顯著提高了運輸工具的性能與效率。隨著技術的進步和應用領域的不斷擴大，碳纖維復合材料已經進入了大規模工業應用的新紀元，展示出廣闊的發展前景。
2、當前，碳纖維樹脂復合材料的實際強度與其理論最大強度之間存在顯著差異，這一差距的原因在于有效的界面調整和優化。界面部位位于碳纖維和樹脂的連接區，對于兩者之間有效的載荷傳遞起到了決定性作用。碳纖維表面由非極性的高度結晶的片層狀石墨結構組成，這一結構賦予了碳纖維較高的化學穩定性。但這種化學惰性降低了碳纖維與樹脂間的粘接力，進而限制了碳纖維樹脂復合材料的廣泛應用。
3、專利cn103590233b公開了一種深冷處理對碳纖維進行界面改性的方法，其通過將碳纖維放置在溫度為恒溫零下100℃至零下200℃，從而提高碳纖維表面的粗糙度，來達到提高碳纖維與樹脂的界面粘合性能的目的。但該方法的缺點是制造低溫環境需要極高的耗能，不有利于環保和大規模的應用。
4、專利cn113981697b公開了一種碳纖維復合材料表界面改性的方法，該方法通過嵌段共聚物在碳纖維表面原位自
5、因此如何更好地對碳纖維進行界面改性，成為本領域亟待解決的問題之一。
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的技術問題在于提供一種通過界面改性制備碳纖維復合材料的方法，以提供具有良好力學性能的碳纖維復合材料。
2、為解決上述技術問題，本專利技術采用如下技術方案:將碳纖維依次經過高溫脫漿、活化處理制成過氧化氫活化處理過的脫漿后碳纖維，簡稱cfo；將cfo放入聚酰亞胺酸鹽溶液中進行超聲浸漬，制得cfo-paas，最后將cfo-paas進行高溫真空處理制備cfo-pi-cooh。該方法增加了碳纖維表面極性官能團的數量，增加了碳纖維和樹脂之間的化學鍵合作用，構造了穩固的界面，從而實現本專利技術目的。
3、本專利技術具體技術方案如下：
4、一種通過界面改性制備碳纖維復合材料的方法，步驟如下：
5、（1）將碳纖維在高溫下進行脫漿,碳纖維脫漿處理溫度200-500?℃，時間為0.5-5h；
6、優選的碳纖維脫漿處理時間為1.5-3h，碳纖維脫漿溫度為300-400℃。
7、（2）用質量濃度為5-30%的過氧化氫溶液活化浸泡處理脫漿的碳纖維，浸泡處理時間不低于30min，浸泡溫度為50℃-65℃，制得cfo；優選采用質量濃度為30%的過氧化氫溶液。
8、（3）將4,4-二氨基二苯醚和3,5-二氨基苯甲酸以一定摩爾比混合在n,n-二甲基乙酰胺中，在氮氣氛圍下攪拌；將均苯四酸酐加入到上述溶液中，在0-20℃下攪拌，得到一定濃度的聚酰亞胺酸溶液；
9、其中4,4-二氨基二苯醚、3,5-二氨基苯甲酸以及均苯四酸酐的摩爾比為50-90：10-50:100，最終獲得的聚酰亞胺酸酸溶液的質量分數為0.2%-5%。
10、（4）將三乙胺加入到上述（3）得到的聚酰亞胺酸溶液中，在常溫下攪拌得到聚酰亞胺酸鹽溶液；三乙胺與步驟（3）中均苯四酸酐的摩爾比為100：10-50；
11、（5）將cfo在上步獲得的聚酰亞胺酸鹽溶液中進行一定時間的超聲處理，制得cfo-paas，cfo在聚酰亞胺酸鹽溶液超聲浸漬時間為1-180?min；
12、?其中cfo和聚酰亞胺酸鹽溶液的質量比為1:30，超聲頻率為50khz，超聲時，溫度控制在40℃。更進一步的超聲浸漬時間為10-60?min；更優選為20-40min。
13、（6）將cfo-paas置于高溫真空烘箱中，分別在120℃加熱1h，200℃加熱1h，300℃加熱1h，最終到cfo-pi-cooh。
14、上述各步驟中步驟（1）處理后，碳纖維表面的上漿劑被除去，方便后續對碳纖維進行更好的改性處理。所述碳纖維為t300、t600、t700、t800、t1000中的一種或幾種混合。
15、步驟（2）處理后，碳纖維表面的會由于雙氧水的刻蝕作用，而產生更多的羥基活性基團，為后續接枝聚酰亞胺涂層提供銜接位點。
16、步驟（3）和步驟（4）為制備表面改性劑前驅體的一個過程，在該過程下，制備了改性劑的前驅體-聚酰亞胺酸鹽（paas），且選用聚酰亞胺酸鹽是因為其較之聚酰亞胺酸更容易保存，具有較高的活性方便后部與cfo結合。
17、步驟（5）為將表面改性劑引入碳纖維表面，將碳纖維浸泡在聚酰亞胺酸鹽溶液中進行超聲處理。在超聲浸漬過程中，一方面通過功熱轉換效應加速了聚酰亞胺酸鹽分子鏈的鏈段動力學和構象演化，使得聚酰亞胺酸鹽分子鏈掙脫分子間相互作用的約束，促進了聚酰亞胺酸鹽分子鏈向碳纖維溝槽中擴散；另一方面，在超聲浸漬過程中能產生空穴效應，使得碳纖維縫隙中滯留的空氣分子排除掉，從而有利于聚酰亞胺酸鹽在碳纖維表面充分浸漬。
18、步驟（6）目的是將碳纖維表面的改性劑進一步熱處理，從而使其結構發生改變成為pi-cooh。該pi-cooh涂層含有大量羧基可以與步驟（2）中產生的羥基形成酯鍵，從而在碳纖維構建穩定的涂層。
19、在獲得cfo-pi-cooh后可以將其與聚酰亞胺樹脂一起制備復合材料，由于cfo上的涂層與聚酰亞胺樹脂分子結構相似，基于相似相容原理，可以提高碳纖維與聚酰亞胺樹脂復合材料的界面強度。
20、采用上述技術方案所產生的有益效果在于：
21、1）通過超聲輔助法和熱固化法在經過脫漿和活化處理的碳纖維表面制備帶有羧基的聚酰亞胺涂層，羧基化聚酰亞胺表面的羧基基團不但可以增加涂層和碳纖維之間的化學鍵合作用，也可以增加基體樹脂之間的物理相互作用，從而在碳纖維和聚酰亞胺樹脂之間構建穩固的銜接作用。
22、2）在超聲浸漬過程中，一方面通過功熱轉換效應加速了聚酰亞胺酸鹽分子鏈的鏈段動力學和構象演化，使得聚酰亞胺酸鹽分子鏈掙脫分子間相互作用的約束，促進了聚酰亞胺酸鹽分子鏈向碳纖維溝槽中擴散；另一方面，在超聲浸漬過程中能產生空穴效應，使得碳纖維縫隙中滯留的空氣分子排除掉，從而有利于聚酰亞胺酸鹽在碳纖維表面充分浸漬。
23、以上兩方面可以使后續得到的聚酰亞胺涂層和碳纖維表面緊密貼合，從而構建碳纖維和聚酰亞胺樹脂之間穩固的界本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種通過界面改性制備碳纖維復合材料的方法，其特征在于，步驟如下：
2.根據權利要求1所述通過界面改性制備碳纖維復合材料的方法，其特征在于：步驟（1）中碳纖維脫漿處理時間為1.5-3h，碳纖維脫漿溫度為300-400℃。
3.根據權利要求1所述通過界面改性制備碳纖維復合材料的方法，其特征在于：步驟（2）中采用質量濃度為30%的過氧化氫溶液。
4.根據權利要求1所述通過界面改性制備碳纖維復合材料的方法，其特征在于：步驟（3）中4,4-二氨基二苯醚、3,5-二氨基苯甲酸以及均苯四酸酐的摩爾比為50-90：10-50:100。
5.根據權利要求1所述通過界面改性制備碳纖維復合材料的方法，其特征在于：步驟（5）中其中CFO和聚酰亞胺酸鹽溶液的質量比為1:30，超聲頻率為50kHz，超聲時溫度控制在40℃。
6.根據權利要求1或5所述通過界面改性制備碳纖維復合材料的方法，其特征在于：步驟（5）中超聲浸漬時間為10-60?min。
7.根據權利要求6所述通過界面改性制備碳纖維復合材料的方法，其特征在于：步驟（5）中超聲
8.根據權利要求6所述通過界面改性制備碳纖維復合材料的方法，其特征在于：所述碳纖維為T300、T600、T700、T800、T1000中的一種或幾種混合。
...【技術特征摘要】
1.一種通過界面改性制備碳纖維復合材料的方法，其特征在于，步驟如下：
2.根據權利要求1所述通過界面改性制備碳纖維復合材料的方法，其特征在于：步驟（1）中碳纖維脫漿處理時間為1.5-3h，碳纖維脫漿溫度為300-400℃。
3.根據權利要求1所述通過界面改性制備碳纖維復合材料的方法，其特征在于：步驟（2）中采用質量濃度為30%的過氧化氫溶液。
4.根據權利要求1所述通過界面改性制備碳纖維復合材料的方法，其特征在于：步驟（3）中4,4-二氨基二苯醚、3,5-二氨基苯甲酸以及均苯四酸酐的摩爾比為50-90：10-50:100。
5.根據權利要求1...
【專利技術屬性】
技術研發人員：孔國強，馮建順，朱波，邵蒙，于廣，任鑫，于秋兵，王康，袁文婕，徐國芬，劉文博，李大勇，魏化震，
申請(專利權)人：山東非金屬材料研究所，
類型：發明
國別省市：
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