一种在碳纤维表面构筑多尺度柔-刚界面层以同步增强增韧的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113136727A(43)申请公布日2021.07.20(21)申请号202110529859.1(22)申请日2021.05.14(71)申请人哈尔滨工业大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号(72)发明人刘丽普饮川马震宇白永平(74)专利代理机构哈尔滨龙科专利代理有限公司23206代理人王新雨(51)Int.Cl.D06M11/65(2006.01)D06M15/61(2006.01)D06M15/37(2006.01)D06M101/40(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图1页(54)发明名称一种在碳纤维表面构筑多尺度柔-刚界面层以同步增强增韧的方法(57)摘要一种在碳纤维表面构筑多尺度柔‑刚界面层以同步增强增韧的方法，所述方法包括如下步骤：对碳纤维进行清洗、干燥处理；对清洗、干燥后的碳纤维与过量的硝酸放入反应容器中进行氧化处理，得到表面带有大量羧基的碳纤维；利用支化聚乙烯亚胺的水溶液及金属‑有机骨架化合物的悬浮液在纤维表面共同构建多尺度的“柔‑刚”界面层结构；对改性后的碳纤维进行清洗与干燥。本发明结合了支化聚乙烯亚胺与金属‑有机骨架化合物各自的优势，通过多尺度“柔‑刚”的界面层结构与碳纤维及树脂基体间的化学反应有效地强化了碳纤维与树脂间的界面粘接性能。CN113136727ACN113136727A权利要求书1/1页1.一种在碳纤维表面构筑多尺度柔‑刚界面层以同步增强增韧的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：步骤一、对碳纤维进行清洗、干燥处理；步骤二、将清洗、干燥后的碳纤维与过量的硝酸放入反应容器中进行氧化处理，得到表面带有大量羧基的碳纤维；步骤三、利用支化聚乙烯亚胺的水溶液及金属‑有机骨架化合物的悬浮液在纤维表面共同构建多尺度的柔‑刚界面层结构；步骤四、对改性后的碳纤维进行清洗与干燥。2.根据权利要求1所述的一种在碳纤维表面构筑多尺度柔‑刚界面层以同步增强增韧的方法，其特征在于：步骤一中，清洗液为丙酮，清洗温度为50～80℃，清洗时间为12～60h，干燥温度为40～90℃，干燥时间为3～10h。3.根据权利要求1所述的一种在碳纤维表面构筑多尺度柔‑刚界面层以同步增强增韧的方法，其特征在于：步骤二中，所述氧化处理的温度为60～80℃，时间为60min～240min。4.根据权利要求1所述的一种在碳纤维表面构筑多尺度柔‑刚界面层以同步增强增韧的方法，其特征在于：步骤三中，所述金属‑有机骨架化合物为UIO系列化合物，层数为1‑5层。5.根据权利要求1所述的一种在碳纤维表面构筑多尺度柔‑刚界面层以同步增强增韧的方法，其特征在于：步骤三中，所述支化聚乙烯亚胺的水溶液浓度为0.1～10mg/ml，金属‑有机骨架化合物的悬浮液浓度为0.5～10mg/ml。6.根据权利要求1所述的一种在碳纤维表面构筑多尺度柔‑刚界面层以同步增强增韧的方法，其特征在于：步骤三中，所述支化聚乙烯亚胺的水溶液与金属‑有机骨架化合物的悬浮液质量比为1：0.1～10。7.根据权利要求1所述的一种在碳纤维表面构筑多尺度柔‑刚界面层以同步增强增韧的方法，其特征在于：步骤三中，反应温度为20～100℃，反应时间为20～180min。8.根据权利要求1所述的一种在碳纤维表面构筑多尺度柔‑刚界面层以同步增强增韧的方法，其特征在于：步骤四中，清洗液为丙酮，清洗温度为25～60℃，清洗时间为5～80min。9.根据权利要求1所述的一种在碳纤维表面构筑多尺度柔‑刚界面层以同步增强增韧的方法，其特征在于：步骤四中，所述干燥的温度20～90℃，时间为6～24h。2CN113136727A说明书1/5页一种在碳纤维表面构筑多尺度柔‑刚界面层以同步增强增韧的方法技术领域[0001]本发明属于碳纤维表面改性技术领域，具体涉及一种在碳纤维表面构筑多尺度柔‑刚界面层以同步增强增韧的方法。背景技术[0002]鉴于碳纤维具有高强度、高模量、低重量和优异的耐环境稳定性，其增强的环氧树脂基复合材料被广泛用于航空，船舰，汽车能源等领域，在满足力学性能要求的基础上极大地减轻了重量。[0003]但是，由于碳纤维表面光滑、非极性及化学惰性，与树脂基体界面相容性差，弱界面的存在极易使材料发生不可逆转的损坏；同时碳纤维模量高，环氧树脂的韧性不足，导致复合材料的韧性性能差。通常情况下，复合材料的破坏大多发生在界面区域。因此，人们对碳纤维的表面改性研究已经做了很多工作，比如先酸化处理，再通过活性位点间的反应引入活性官能团、等离子体处理、高能辐射等提高碳纤维的表面活性或者粗糙度，但是这些方法得到的高界面结合性能的碳纤维增强树脂基复合材料往往会牺牲掉韧性，而这会极大地限制复合材料在高速装备方面的应用，因此