一种碳纤维的表面处理方法及碳纤维与流程-k8凯发

本申请涉及高性能碳纤维制备，且特别涉及一种碳纤维的表面处理方法及碳纤维。

背景技术：

1、聚丙烯腈碳纤维因其高强、高模、轻便等原因被广泛应用于工业生产和航空航天领域。在飞机工业、汽车工业、海洋油田、风力发电、复合芯电缆和土木基础设施等行业中占据的地位越来越重，因此对于碳纤维的应用要求也日益提高。一方面，通过选择适宜的上浆剂，提高碳纤维与基体树脂的适配性以获取较好的应用性能；另一方面，通过对碳纤维表面进行表面处理，提高纤维表面的活性，进而增加与基体树脂的结合力，提供更加优良的应用性能。

2、阳极氧化电解法是目前国内外通用的碳纤维表面处理方法之一，也是在线配套最好的处理方法。此方法的优点是：阳极氧化易于控制，可实现每根单丝均匀氧化；氧化缓和，操作弹性大，易于大量处理，氧化后碳纤维自身拉伸强度的下降幅度可控，不会对碳纤维造成重大损伤；处理效果显著，在表面引入含氧、含氮等活性官能团，可使碳纤维复合材料的层间剪切强度提高，满足更多方面的应用。

3、但是目前阳极氧化电解法处理碳纤维表面时，得到的碳纤维拉伸强度较大时则层间剪切强度较低，层间剪切强度较大时则拉伸强度较低，无法得到兼具较高拉伸强度和层间剪切强度的碳纤维。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本申请实施例的目的包括提供一种兼具较高拉伸强度和层间剪切强度的碳纤维的表面处理方法及碳纤维。

2、第一方面，本申请实施例提供了一种碳纤维的表面处理方法，包括以下步骤：

3、(1)将碳纤维于不小于2000℃碳化；

4、(2)将碳化后的碳纤维在30-90c/g总电量下进行至少1级阳极氧化电化学表面处理；

5、(3)将表面处理后的碳纤维进行上浆处理。

6、碳纤维经不小于2000℃碳化，得到基础性能较好的碳纤维，再配合30-90c/g总电量进行至少1级阳极氧化电化学表面处理，得到既具有较高拉伸强度又具有较高层间剪切强度的碳纤维。

7、在本申请的部分实施例中，碳化的温度为2000-2500℃。在2000-2500℃对碳纤维碳化，碳纤维的模量随碳化最高温度的升高而增大，而碳纤维的拉伸强度是先随温度上升而上升，后下降，再上升的过程，在2000-2500℃对碳纤维碳化，可以得到纤维模量较高，同时纤维的拉伸强度也较高，纤维体密度稳定的碳纤维。

8、在本申请的部分实施例中，碳化的时间为30-50s。控制碳化时间，使碳纤维在适宜的碳化温度下均匀碳化，避免碳纤维在碳化过程中出现皮芯结构，影响碳纤维强度和模量。

9、在本申请的部分实施例中，总电量为60-90c/g。采用较高的总电量对碳化后的碳纤维进行阳极氧化电化学表面处理，可以大量提升碳纤维表面的活性基团的含量，同时，高电量下刻蚀碳纤维表面，使纤维表面出现大量凸起，实现碳纤维物理啮合和化学结合同步提升，从而得到既具有较高拉伸强度又具有较高层间剪切强度的碳纤维。

10、在本申请的部分实施例中，阳极氧化电化学表面处理包括大于2级阳极氧化电化学表面处理。在较高的总电量条件下，进一步增加阳极氧化电化学表面处理的级数，总电量不变的条件下，级数越多，单级电量越小，对碳纤维的损伤减少，但是氧化程度增加，纤维表面活性提高，与树脂基体材料结合力增强，从而进一步提高碳纤维的拉伸强度和层间剪切强度。

11、在本申请的部分实施例中，阳极氧化电化学表面处理包括3-6级阳极氧化电化学表面处理。若阳极氧化电化学表面处理级数过大，则在总电量不变的条件下，单级电量过小，碳纤维的层间剪切强度较低；若在阳极氧化电化学表面处理级数过大条件下提高总电量，则会增加对碳纤维的损伤，降低碳纤维的拉伸强度。

12、在本申请的部分实施例中，阳极氧化电化学表面处理的速度为100-300m/h。通过控制适宜的阳极氧化电化学表面处理的速度，既可以减少碳纤维拉伸强度的损失，又可以最大程度的保证碳纤维的层间剪切强度，从而得到既具有较高拉伸强度又具有较高层间剪切强度的碳纤维。

13、在本申请的部分实施例中，阳极氧化电化学表面处理的处理介质包括naoh、nh4hco3或nahco3。

14、在本申请的部分实施例中，上浆处理的上浆剂包括环氧类上浆剂。

15、在本申请的部分实施例中，步骤(1)还包括：将碳化后的碳纤维进行烘干、卷绕。

16、在本申请的部分实施例中，步骤(2)还包括：将表面处理后的碳纤维进行水洗、烘干。

17、在本申请的部分实施例中，步骤(3)还包括：将上浆处理后的碳纤维进行烘干、卷绕。

18、第二方面，本申请实施例提供了一种如第一方面提供的表面处理方法制备的碳纤维。该碳纤维既具有较高拉伸强度又具有较高层间剪切强度。

技术特征：

1.一种碳纤维的表面处理方法，其特征在于，所述表面处理方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于，所述碳化的温度为2000-2500℃；

3.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于，所述总电量为60-90c/g。

4.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于，所述阳极氧化电化学表面处理包括大于2级阳极氧化电化学表面处理。

5.根据权利要求4所述的表面处理方法，其特征在于，所述阳极氧化电化学表面处理包括3-6级阳极氧化电化学表面处理。

6.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于，所述阳极氧化电化学表面处理的速度为100-300m/h。

7.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于，所述阳极氧化电化学表面处理的处理介质包括naoh、nh4hco3或nahco3。

8.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于，所述上浆处理的上浆剂包括环氧类上浆剂。

9.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于，所述步骤(1)还包括：将碳化后的碳纤维进行烘干、卷绕；

10.一种如权利要求1-9中任一项所述的表面处理方法制备的碳纤维。

技术总结
本申请涉及一种碳纤维的表面处理方法及碳纤维，属于高性能碳纤维制备技术领域。一种碳纤维的表面处理方法，包括以下步骤：(1)将碳纤维于不小于2000℃碳化；(2)将碳化后的碳纤维在30‑90c/g总电量下进行至少1级阳极氧化电化学表面处理；(3)将表面处理后的碳纤维进行上浆处理。可以处理得到兼具较高拉伸强度和层间剪切强度的碳纤维。

技术研发人员：张晨曦,刘秀青,范宝琳,刘栋
受保护的技术使用者：中复神鹰碳纤维股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8