專利名稱：提高中強(qiáng)碳纖維表面活性的γ射線處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明敘述了一種改善中強(qiáng)丙烯腈碳纖維表面活性的γ射線處理方法。
碳纖維由于具有高的強(qiáng)度及彈性模量，良好的潤滑及耐磨性，密度小，成本低等優(yōu)點(diǎn)，而成為目前最受重視的增強(qiáng)纖維。但碳纖維表面光滑且惰性大和樹脂基體粘結(jié)強(qiáng)度差，因而碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度低，這一薄弱環(huán)節(jié)影響了高性能碳／樹脂復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用。通過對(duì)碳纖維表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚硪愿纳铺祭w維表面的活性，增強(qiáng)碳纖維與基體間的界面粘結(jié)強(qiáng)度則成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。目前碳纖維表面處理的液相、氣相氧化法；表面鍍(表面接枝)或涂層法等有不少文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)(CA Baillie，JF Watts，JECastle，MG Baeler．Composite Science anel Technology，1993，4897～102GM Wu，JM Schultz，et al．Polymer Composites，1995，16(4)284～287；Lu Y，Xue G，Wu F，Wang X．J．Adhesion Sci．Techno1．，1996，10(1)47～60；滿華元，王鑒，余宗森，復(fù)合材料學(xué)報(bào)，1993，10(4)97-102；賀福，王潤娥，復(fù)合材料學(xué)報(bào)，1988，5(1)56-61)。
本發(fā)明的目的在于提供一種改善碳纖維表面活性的γ射線輻照處理方法，造成碳纖維表層的石墨相、表面粗糙和含氧活性基團(tuán)的產(chǎn)生，增加碳纖維與樹脂間的粘結(jié)強(qiáng)度，提高碳纖維復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度。
具體地講，本發(fā)明的目的通過以下措施來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明是將中強(qiáng)丙烯腈碳纖維在60Co源上空氣中輻照處理，輻照劑量為10～40000戈瑞。將輻照后的碳纖維用自來水和丙酮反復(fù)沖洗、濾干，即成為本發(fā)明所述處理方法處理后的碳纖維。
本發(fā)明所述的改善碳纖維表面活性的處理方法，具體條件為碳纖維，中強(qiáng)度聚丙烯腈基碳纖維，纖維直徑為6～7微米，炭含量大于90％；輻照條件，射線源為60Co，輻射劑量率2．6×103戈瑞／時(shí)，輻照劑量為30～40000戈瑞，空氣中輻照。本發(fā)明的中強(qiáng)度碳纖維表面處理方法簡單，碳纖維表面處理后活性高并無酸殘留，可工業(yè)化連續(xù)處理，適合于碳纖維復(fù)合材料中碳纖維和碳布的表面處理及活化。
本發(fā)明的特點(diǎn)如下1．碳纖維表面處理前后的力學(xué)性能碳纖維的抗拉強(qiáng)度、楊氏模量和斷裂伸長(×抗拉強(qiáng)度，+揚(yáng)氏模量，·斷裂伸長)與輻照劑量的關(guān)系如

圖1?？估瓘?qiáng)度、楊氏模量和斷裂伸長在YG003A電子拉力機(jī)上進(jìn)行測(cè)試，取20根單絲數(shù)據(jù)的平均值(數(shù)據(jù)采用相比值，即處理樣品的性能與未處理樣品性能的比值)。在1×102～1×103戈瑞劑量時(shí)，三項(xiàng)指標(biāo)分別提高了27～41％，10～13％，16～40％。2．碳纖維表面處理前后的活性a)表面形貌電子顯微鏡觀察表面形貌如圖2(a．未輻照碳纖維，b．輻照碳纖維)。輻照處理增加了碳纖維表面的粗糙程度，b)表面活性基團(tuán)X光電子能譜儀分析表面含氧量(表1)。輻照碳纖維后表面氧含量、羥基和羧基基團(tuán)顯著增加，活性增加。
c)表面石墨化拉曼光譜儀分析表面石墨化的程度(圖3，a．未輻照碳纖維，b．輻照碳纖維)。經(jīng)γ射線處理的碳纖維表面石墨化程度增加。3．碳纖維表面處理前后的潤濕性碳纖維表面處理后與水和甘油的毛細(xì)潤濕表明，經(jīng)γ射線處理的碳纖維表面能由未處理時(shí)的35．8毫牛頓·米-1增加到60．9～175．9毫牛頓·米-1；活化能由未處理碳纖維時(shí)的18．9×103焦耳／摩爾降低到16．8～8．3×103焦耳／摩爾，碳纖維表面處理后潤濕性增加。
實(shí)施例1在蘭州輻照中心的60Co源上，空氣中(溫度20℃，濕度58％)輻照處理中強(qiáng)丙烯腈基碳纖維(蘭州碳素廠生產(chǎn))。纖維直徑為6～7微米，炭含量大于90％；輻照射線源為60Co，輻射劑量率2．6×103戈瑞／時(shí)，輻照劑量為20000戈瑞。處理完后，將碳纖維用自來水反復(fù)沖洗，濾干后放入真空干燥箱內(nèi)在100℃烘干2h。處理后碳纖維表面的氧含量17％，碳纖維表面能為135．5毫牛頓·米-1；活化能為10．6×103焦耳／摩爾。表1表面原子濃度(％) CO未處理 95．05．01×102戈瑞 75．424．64×104戈瑞 88．012．0硝酸處理(13摩爾，2小時(shí)) 77．023．0
權(quán)利要求
1.一種改善中強(qiáng)碳纖維表面活性的表面處理方法，其特征是選用中強(qiáng)度聚丙烯腈基碳纖維，其纖維直徑為6～7微米，炭含量大于90％；在空氣中利用γ射線進(jìn)行輻射，輻照的具體條件是采用60Coγ射線源，輻射劑量率2．6×103戈瑞／時(shí)，輻照劑量為30～40000戈瑞。
全文摘要
改善中強(qiáng)碳纖維表面活性的表面處理方法是利用
文檔編號(hào)D06M10/02GK1206760SQ9811467
公開日1999年2月3日 申請(qǐng)日期1998年6月25日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月25日
發(fā)明者田軍, 薛群基, 周兆福, 王麗娟, 韋小林 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所