[其他]碳纖維表面的電沉積處理

無效

• 申請號: 85107069
• 申請日: 1985-09-27
• 公開（公告）號: CN85107069B
• 公開（公告）日: 1988-03-09
• 發明（設計）人: 何嘉松;吳人潔;王學貴
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: C25D13/06
• 分類號: C25D13/06;C25D13/16;C09D5/44
• 代理公司: 中國科學院專利事務所
• 代理人: 許淑芳

本發明是用于碳纖維表面處理的電沉積方法。

碳纖維是沿纖維軸向取向的石墨晶層結構，它的表面積小、表面能低表面化學活性低。因此，在用碳纖維增強環氧樹脂制成復合材料時，碳纖維與樹脂間的粘結差，表現為復合材料的層間剪切強度值低，影響復合材料的使用。為了改善碳纖維與樹脂間的粘結，人們提出了一系列的碳纖維表面處理方法。有氧化法，包括用氧化劑溶液的濕法氧化法，用氣態氧化劑的干法氧化法和利用電化學過程的電解氧化法。有涂層法，包括浸涂有機或高分子化合物的、氣相沉積碳或碳化硅層的、生長碳化硅晶須的、使用單體的電聚合和使用聚合物的電沉積法。有利用不同氣體的等離子體的方法。這些方法的處理效果各不相同，所得復合材料的剪切強度在600-1100公斤/厘米²之間不等。值得注意的是，使用氧化法需要防腐設備和高溫，而氧化還會降低纖維的束絲強度，復合材料的沖擊強度隨之降低;無機涂層法往往要求特殊的反應氣氛和高溫;等離子體法要求產生等離子體的專門設備。而其中使用聚合物的電沉積法卻另有特點。

現有的碳纖維表面電沉積法〔1、2〕，是將沒有任何表面處理的碳纖維浸在固體量為2.5-10%的烯類單體與馬來酸酐的含羧基共聚物的銨鹽水溶液中，其中苯乙烯-馬來酸酐共聚物的分子量為1600，甲基乙烯基醚-馬來酸酐共聚物的分子量大于500000，用10-50伏的電壓，在1-10分鐘內將前述共聚物沉積在作為陽極的碳纖維表面上，再用溶劑洗滌5分鐘。共聚物在碳纖維表面的電沉積改善了碳纖維與環氧樹脂間的粘結。用經這樣處理的碳纖維增強的環氧樹脂復合材料的層間剪切強度可達680公斤/厘米²，而沖擊強度并不降低，甚至還能提高。電沉積法并不損傷碳纖維，使用的設備簡單，采用的沉積液無毒害污染，在室溫下進行并可連續操作。但所得復合材料強度仍不理想，其原因之一是采用電壓控制并不能明確地反映發生在碳纖維表面單位面積上的沉積過程及其數量概念。

本發明的目的在于選擇含羧基共聚物的較佳分子量范圍，選擇合理的電沉積參數-電流密度加以控制，使電沉積處理對碳纖維增強環氧樹脂復合材料的剪切強度的改善效果更為明顯。

用烯類單體與馬來酸酐的含羧基共聚物，如苯乙烯與馬來酸酐、乙酸乙烯酯與馬來酸酐、甲基丙烯酸甲酯與馬來酸酐等的共聚物，數均分子量在2000-6000之間，配成固體含量在1.5-5.0%之間的銨鹽水溶液作為電沉積液。共聚物的負離子在直流電場的作用下將向作為陽極的碳纖維運動，并在纖維表面沉積下來，以形成均勻的聚合物層。

電沉積裝置（見附圖）由電沉積槽2和直流穩壓電源1組成。沉積槽2中有不銹鋼板陰極3和與碳纖維4接觸的鋼輥陽極5。以聚四氟乙烯作導輪6、7、8。將電沉積槽2和洗滌槽（未畫出）連接于碳纖維生產線上，可對碳纖維表面作連續處理。

將待處理的、表面潔凈無任何涂層的碳纖維4作為陽極，浸在上述沉積液9中，以0.3-1.0毫安/厘米²的電流密度沉積處理20-100秒。接著在溶劑（丙酮或水）中洗滌2-10分鐘，再烘干。

用按上述步驟處理的碳纖維浸漬環氧樹脂作成預浸料，按所用環氧樹脂-固化劑體系的固化條件加壓加溫固化成型。得到的復合材料的層間剪切強度（用短梁剪切法測定）將達800～1130公斤/厘米²，沖擊強度比用未處理纖維的提高10%

實施例1：

以單體比為1∶1，分子量為2500的乙酸乙烯酯-馬來酸酐交替共聚物含量在2.5%的銨鹽水溶液作電沉積液，以0.5毫安/厘米²的沉積電流密度，40秒的電沉積時間連續地處理束絲強度為25000公斤/厘米²級的碳纖維。再在丙酮中洗滌后烘干。用648環氧樹脂100份。以三氟化硼-單乙胺5份作固化劑的丙酮溶液浸漬電沉積處理的碳纖維，烘干制成預浸料。再熱壓成型為單向碳纖維增強復合材料，其層間剪切強度為820公斤/厘米²。

實施例2：