一种碳纤维碳丝表面官能化的方法

本发明属于复合材料领域，涉及一种碳纤维碳丝表面官能化的方法，具体是在碳酸氢铵电解液中加入离子液体，经过阳极氧化反应之后，有效提升碳纤维碳丝表面的极性官能团含量进而改善其湿润性。背景技术：1、聚丙烯腈(pan)基碳纤维(cf)拥有良好的耐温性和耐化学性、优异的导电性和导热性，由于其独特的特性而被广泛用作先进复合材料的增强体。然而未经表面处理的碳纤维由于化学惰性和润湿性差，与树脂基体之间的界面结合强度低，为了提高碳纤维在复合材料中的增强作用，国内外已开展许多种碳纤维表面改性技术的研究，改性方法主要有气相及液相氧化处理、等离子体处理、电化学阳极改性处理、表面涂敷等，这些方法在一定程度上改善了复合材料的界面性能，但各有优缺点，其中电化学改性处理过程较为缓和，反应易于控制，操作弹性大，在工业生产中被广泛应用。2、碳纤维在不同电解质进行阳极氧化改性处理时，其表面主要发生的电化学氧化反应使纤维表面被氧化生成含氧基团，目前多采用无机酸、碱、盐作为电解质溶液。伴随着氧化反应的加深，碳纤维表面会发生脱羧反应和氧化降解反应，造成刻蚀现象，不仅损失纤维表面活性基团数量，而且还会降低纤维本身的力学性能和复合材料界面强度。技术实现思路1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种碳纤维碳丝表面官能化的方法，本发明能够显著提升碳纤维阳极氧化效率，阳极改性后所产生的极性官能团数量相较于传统碳酸氢铵电解液处理，提升了30％左右，并且有效减少了电解过程中产生的刻蚀现象，反应过程温和，环境友好，有一定的研究价值。2、本发明所述的一种碳纤维碳丝表面官能化的方法，主要特点就在于，在含有碳酸氢铵的电解液中加入离子液体，所述的离子液体为n-丁基咪唑和羧乙基硫代丁二酸反应所得。3、以摩尔比计，n-丁基咪唑：羧乙基硫代丁二酸＝1:1-3。4、本发明所述的碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维。5、其具体步骤为：6、(1)称取碳纤维碳丝，洗去表面的色素和油剂并进行烘干；7、(2)取离子液体和碳酸氢铵的水溶液常温下充分搅拌混合，制取电解液，倒入电解池中；8、(3)将烘干后的碳丝作为阳极，石墨板作为阴极，在电解液中电解，水洗，干燥。9、所述碳酸氢铵的水溶液的质量分数为5％。10、以摩尔比计，离子液体：碳酸氢铵＝1:1.0～1:1.5。11、此处理过程为连续处理过程，实验过程中保证电解液完全浸没碳纤维即可，依据处理碳纤维的量定期更换电解液即可。12、电解电压为5v，电流密度为0.28ma/cm2，电解液温度50℃，电解时间2min。13、干燥温度为85℃。14、本发明中，碳纤维电解过程的实质就是在碳纤维的表面发生氧化反应，在表面惰性的碳纤维表面引入极性官能团，本发明所述的cetsa基离子液体具有丰富的极性基团，并且发明人发现其在酸性条件下对材料缓蚀具有良好的效果，而电解液大多是酸性环境，因此酸性条件下减缓刻蚀可以更好的应用到实际生产环节中，可以在电解过程中可以最大限度保护材料原有的力学性能。技术特征：1.一种碳纤维碳丝表面官能化的方法，其特征在于，在含有碳酸氢铵的电解液中加入离子液体，所述的离子液体为n-丁基咪唑和羧乙基硫代丁二酸反应所得。2.根据权利要求1所述的一种碳纤维碳丝表面官能化的方法，其特征在于，以摩尔比计，n-丁基咪唑：羧乙基硫代丁二酸＝1-3:1。3.根据权利要求1所述的一种碳纤维碳丝表面官能化的方法，其特征在于，其具体步骤为：4.根据权利要求3所述的一种碳纤维碳丝表面官能化的方法，其特征在于，所述碳酸氢铵的水溶液的质量分数为5％。5.根据权利要求3所述的一种碳纤维碳丝表面官能化的方法，其特征在于，以摩尔比计，离子液体：碳酸氢铵＝1:1.0～1:1.5。6.根据权利要求3所述的一种碳纤维碳丝表面官能化的方法，其特征在于，电解电压为5v，电流密度为0.28ma/cm2，电解液温度50℃，电解时间2min。7.根据权利要求3所述的一种碳纤维碳丝表面官能化的方法，其特征在于，干燥温度为85℃。技术总结本发明属于复合材料领域，涉及一种碳纤维碳丝表面官能化的方法，特点是在含有碳酸氢铵的电解液中加入离子液体，所述的离子液体为N‑丁基咪唑和羧乙基硫代丁二酸反应所得。本发明能够显著提升碳纤维阳极氧化效率，阳极改性后所产生的极性官能团数量增加，进而改善了其湿润性，提升了碳纤维与树脂基体界面的结合力，并且有效减少了电解过程中产生的刻蚀现象，反应过程温和，环境友好，有一定的研究价值。技术研发人员：孙健,刘佳鑫,王永鹏,孙小君,王福余,庞金辉,王宏,高子健,金朝辉,高华晶,王迪受保护的技术使用者：吉林化工学院技术研发日：技术公布日：2024/8/27