本發(fā)明涉及一種碳纖維表面接枝的方法。

背景技術(shù)：

碳纖維以其高比強(qiáng)度/剛度、抗化學(xué)腐蝕、耐高溫、優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能等一系列特性，廣泛的用作聚合物基復(fù)合材料的增強(qiáng)填料。碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料是航空航天等軍事工業(yè)中用量最多的高性能結(jié)構(gòu)材料，并且其用量已經(jīng)成為航空結(jié)構(gòu)部件先進(jìn)性的重要標(biāo)志。界面是復(fù)合材料特有的組成部分，直接關(guān)系到載荷在基體與增強(qiáng)體之間能否均勻有效地傳遞和分散。因此，為改善復(fù)合材料的界面性能及綜合性能，必須對兩者間界面進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控及整體優(yōu)化設(shè)計(jì)。通常情況下，界面的優(yōu)化是通過對復(fù)合材料增強(qiáng)體碳纖維表面的改性來實(shí)現(xiàn)的。

碳纖維表面改性方法主要包括表面高能輻照、化學(xué)氣相沉積法、化學(xué)氧化及化學(xué)接枝等，這些方法都能不同程度地增加碳纖維的表面極性或比表面積，提高其與樹脂之間的界面性能，但往往導(dǎo)致其力學(xué)性能的較大損失，并且操作繁瑣，不易實(shí)施。例如在化學(xué)接枝中經(jīng)常會引入酰氯化反應(yīng)，這樣實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)性高，操作繁瑣，耗時(shí)長，纖維本體強(qiáng)度損失多在10％以上，且現(xiàn)有改性碳纖維復(fù)合材料的界面結(jié)合強(qiáng)度低，界面剪切強(qiáng)度一般提高40％～50％。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有碳纖維表面改性的方法負(fù)碳纖維本體強(qiáng)度的損失大和碳纖維復(fù)合材料的界面結(jié)合強(qiáng)度低的問題，而提供一種碳纖維表面綠色接枝聚醚胺的方法。

一種碳纖維表面綠色接枝聚醚胺的方法，具體是按以下步驟完成的：

一、清洗：

①、將碳纖維放入裝有丙酮的索氏提取器中，在溫度為75℃～85℃的條件下使用丙酮清洗去除碳纖維表面的雜質(zhì)，清洗時(shí)間為2h～8h，將清洗后的碳纖維取出，得到丙酮清洗后的碳纖維；

②、將步驟一①得到的丙酮清洗后的碳纖維置于超臨界裝置中，在溫度為350℃～370℃和壓力為8mpa～14mpa的超臨界丙酮-水體系中浸泡20min～30min，得到去除環(huán)氧涂層后的碳纖維；

步驟一②中所述的超臨界丙酮-水體系中丙酮與水的體積比為5:1；

③、將步驟一②得到的去除環(huán)氧涂層后的碳纖維置于索氏提取器中，在溫度為75℃～85℃的條件下使用丙酮清洗去除環(huán)氧涂層后的碳纖維，清洗時(shí)間為2h～4h；將清洗后的碳纖維取出，在溫度為70℃～80℃的條件下干燥2h～4h，得到干燥清洗后碳纖維；

二、氧化：

①、將步驟一③得到的干燥清洗后碳纖維浸漬到過硫酸鉀/硝酸銀混合水溶液中，加熱至60℃～80℃，再在溫度為60℃～80℃的條件下恒溫1h～2h，得到氧化后的碳纖維；所述的過硫酸鉀/硝酸銀混合水溶液中過硫酸鉀的濃度為0.1mol/l～0.2mol/l；所述的過硫酸鉀/硝酸銀混合水溶液中硝酸銀的濃度為0.0001mol/l～0.005mol/l；

步驟二①中所述的干燥清洗后碳纖維的質(zhì)量與過硫酸鉀/硝酸銀混合水溶液的體積比為0.1g:(10ml～12ml)；

②、室溫條件下將步驟二①得到的氧化后的碳纖維在蒸餾水中浸泡5min～10min，將經(jīng)蒸餾水中浸泡后的碳纖維取出，棄除蒸餾水；所述的氧化后的碳纖維的質(zhì)量與蒸餾水的體積比為(0.001g～0.006g):1ml；

③、重復(fù)步驟二②3次～5次，得到蒸餾水清洗后的氧化碳纖維；

④、將步驟二③得到的蒸餾水清洗后的氧化碳纖維在溫度為70℃～80℃的條件下干燥2h～4h，得到干燥后的氧化碳纖維；

⑤、將步驟二④得到的干燥后的氧化碳纖維置于裝有無水乙醇的索氏提取器中，在溫度為90℃～100℃的條件下使用無水乙醇清洗氧化碳纖維，清洗時(shí)間為2h～4h，得到無水乙醇清洗的氧化的碳纖維；

⑥、將步驟二⑤得到的無水乙醇清洗的氧化的碳纖維在溫度為70℃～80℃的條件下干燥2h～4h，得到干燥的氧化碳纖維；

三、碳纖維的接枝處理：

①、將n,n'-二環(huán)己基碳二亞胺和聚醚胺加入到二甲基甲酰胺中，再攪拌至均勻，得到聚醚胺溶液；

步驟三中所述的n,n'-二環(huán)己基碳二亞胺的質(zhì)量與二甲基甲酰胺的體積比為(0.2g～0.4g):(100ml～200ml)；

步驟三中所述的聚醚胺的質(zhì)量與二甲基甲酰胺的體積比為(0.2g～0.4g):(100ml～200ml)；

②、將干燥的氧化碳纖維浸入到聚醚胺溶液中，再在溫度為160℃～170℃下加熱回流18h～24h，再將碳纖維取出，使用無水乙醇清洗3次～5次，再在溫度為70℃～80℃下真空干燥18h～24h，得到表面接枝聚醚胺的碳纖維，即完成一種碳纖維表面綠色接枝聚醚胺的方法；

步驟三②中所述的干燥的氧化碳纖維的質(zhì)量與聚醚胺溶液的體積比為(0.3g～0.6g):(100ml～200ml)。

本發(fā)明的原理及優(yōu)點(diǎn)：

一、本發(fā)明采用化學(xué)接枝法，借助脫水劑的作用，將聚醚胺直接接枝到羧基化碳纖維表面，制備了表面接枝聚醚胺的碳纖維，提供了一種提高碳纖維/環(huán)氧樹脂樹脂復(fù)合材料界面性能的方法，此方法步驟簡單，易于操作；

二、本發(fā)明制備的表面接枝聚醚胺的碳纖維與未改性的碳纖維相比，n元素由1.11％提高到了4.60％，表面能由29.97mn/m升高到63.38mn/m，提高了114％；

三、本發(fā)明制備的表面接枝聚醚胺的碳纖維的界面剪切強(qiáng)度由原絲的48.8mpa提高到76.6mpa～82.3mpa，提高大于57.4％；

四、本發(fā)明制備的表面接枝聚醚胺的碳纖維的拉伸強(qiáng)度由3.80gpa提高到3.89gpa～3.92gpa，提高了2.4％～3.2％。

本發(fā)明可獲得一種碳纖維表面綠色接枝聚醚胺的方法。

附圖說明

圖1為實(shí)施例一步驟一③得到的干燥清洗后碳纖維的xps圖，圖1中1為c1s峰，2為o1s峰；

圖2為實(shí)施例一步驟三②得到的表面接枝聚醚胺的碳纖維的xps圖，圖2中1為csp2和csp3峰，2為c-c峰，3為c-o峰；

圖3為實(shí)施例一步驟一③得到的干燥清洗后碳纖維的分峰譜圖，圖3中1為1為c1s峰，2為n1s峰，3為o1s峰；

圖4為實(shí)施例一步驟三②得到的表面接枝聚醚胺的碳纖維的分峰譜圖，圖4中1為csp2和csp3峰，2為c-c峰，3為c-n峰，4為-n-c＝o峰，5為-cooh峰；

圖5為實(shí)施例一步驟一③得到的干燥清洗后碳纖維的sem圖；

圖6為實(shí)施例一步驟三②得到的表面接枝聚醚胺的碳纖維的sem圖；

圖7為界面剪切強(qiáng)度柱狀圖，圖7中1為實(shí)施例一步驟一③得到的干燥清洗后碳纖維的界面剪切強(qiáng)度，2為實(shí)施例一步驟三②得到的表面接枝聚醚胺的碳纖維的界面剪切強(qiáng)度；

圖8為拉伸強(qiáng)度柱狀圖，圖8中1為實(shí)施例一步驟一③得到的干燥清洗后碳纖維的拉伸強(qiáng)度，2為實(shí)施例一步驟三②得到的表面接枝聚醚胺的碳纖維的拉伸強(qiáng)度。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：本實(shí)施方式是一種碳纖維表面綠色接枝聚醚胺的方法，具體是按以下步驟完成的：

一、清洗：

①、將碳纖維放入裝有丙酮的索氏提取器中，在溫度為75℃～85℃的條件下使用丙酮清洗去除碳纖維表面的雜質(zhì)，清洗時(shí)間為2h～8h，將清洗后的碳纖維取出，得到丙酮清洗后的碳纖維；

②、將步驟一①得到的丙酮清洗后的碳纖維置于超臨界裝置中，在溫度為350℃～370℃和壓力為8mpa～14mpa的超臨界丙酮-水體系中浸泡20min～30min，得到去除環(huán)氧涂層后的碳纖維；

步驟一②中所述的超臨界丙酮-水體系中丙酮與水的體積比為5:1；

③、將步驟一②得到的去除環(huán)氧涂層后的碳纖維置于索氏提取器中，在溫度為75℃～85℃的條件下使用丙酮清洗去除環(huán)氧涂層后的碳纖維，清洗時(shí)間為2h～4h；將清洗后的碳纖維取出，在溫度為70℃～80℃的條件下干燥2h～4h，得到干燥清洗后碳纖維；

二、氧化：

①、將步驟一③得到的干燥清洗后碳纖維浸漬到過硫酸鉀/硝酸銀混合水溶液中，加熱至60℃～80℃，再在溫度為60℃～80℃的條件下恒溫1h～2h，得到氧化后的碳纖維；所述的過硫酸鉀/硝酸銀混合水溶液中過硫酸鉀的濃度為0.1mol/l～0.2mol/l；所述的過硫酸鉀/硝酸銀混合水溶液中硝酸銀的濃度為0.0001mol/l～0.005mol/l；

步驟二①中所述的干燥清洗后碳纖維的質(zhì)量與過硫酸鉀/硝酸銀混合水溶液的體積比為0.1g:(10ml～12ml)；

②、室溫條件下將步驟二①得到的氧化后的碳纖維在蒸餾水中浸泡5min～10min，將經(jīng)蒸餾水中浸泡后的碳纖維取出，棄除蒸餾水；所述的氧化后的碳纖維的質(zhì)量與蒸餾水的體積比為(0.001g～0.006g):1ml；

③、重復(fù)步驟二②3次～5次，得到蒸餾水清洗后的氧化碳纖維；

④、將步驟二③得到的蒸餾水清洗后的氧化碳纖維在溫度為70℃～80℃的條件下干燥2h～4h，得到干燥后的氧化碳纖維；

⑤、將步驟二④得到的干燥后的氧化碳纖維置于裝有無水乙醇的索氏提取器中，在溫度為90℃～100℃的條件下使用無水乙醇清洗氧化碳纖維，清洗時(shí)間為2h～4h，得到無水乙醇清洗的氧化的碳纖維；

⑥、將步驟二⑤得到的無水乙醇清洗的氧化的碳纖維在溫度為70℃～80℃的條件下干燥2h～4h，得到干燥的氧化碳纖維；

三、碳纖維的接枝處理：

①、將n,n'-二環(huán)己基碳二亞胺和聚醚胺加入到二甲基甲酰胺中，再攪拌至均勻，得到聚醚胺溶液；

步驟三中所述的n,n'-二環(huán)己基碳二亞胺的質(zhì)量與二甲基甲酰胺的體積比為(0.2g～0.4g):(100ml～200ml)；

步驟三中所述的聚醚胺的質(zhì)量與二甲基甲酰胺的體積比為(0.2g～0.4g):(100ml～200ml)；

②、將干燥的氧化碳纖維浸入到聚醚胺溶液中，再在溫度為160℃～170℃下加熱回流18h～24h，再將碳纖維取出，使用無水乙醇清洗3次～5次，再在溫度為70℃～80℃下真空干燥18h～24h，得到表面接枝聚醚胺的碳纖維，即完成一種碳纖維表面綠色接枝聚醚胺的方法；

步驟三②中所述的干燥的氧化碳纖維的質(zhì)量與聚醚胺溶液的體積比為(0.3g～0.6g):(100ml～200ml)。

本實(shí)施方式的原理及優(yōu)點(diǎn)：

一、本實(shí)施方式采用化學(xué)接枝法，借助脫水劑的作用，將聚醚胺直接接枝到羧基化碳纖維表面，制備了表面接枝聚醚胺的碳纖維，提供了一種提高碳纖維/環(huán)氧樹脂樹脂復(fù)合材料界面性能的方法，此方法步驟簡單，易于操作；

二、本實(shí)施方式制備的表面接枝聚醚胺的碳纖維與未改性的碳纖維相比，n元素由1.11％提高到了4.60％，表面能由29.97mn/m升高到63.38mn/m，提高了114％；

三、本實(shí)施方式制備的表面接枝聚醚胺的碳纖維的界面剪切強(qiáng)度由原絲的48.8mpa提高到76.6mpa～82.3mpa，提高大于57.4％；

四、本實(shí)施方式制備的表面接枝聚醚胺的碳纖維的拉伸強(qiáng)度由3.80gpa提高到3.89gpa～3.92gpa，提高了2.4％～3.2％。

本實(shí)施方式可獲得一種碳纖維表面綠色接枝聚醚胺的方法。

具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同點(diǎn)是：步驟三中所述的n,n'-二環(huán)己基碳二亞胺的質(zhì)量與二甲基甲酰胺的體積比為(0.2g～0.4g):(100ml～150ml)。其他步驟與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一或二之一不同點(diǎn)是：步驟三中所述的聚醚胺的質(zhì)量與二甲基甲酰胺的體積比為(0.2g～0.4g):(100ml～150ml)。其他步驟與具體實(shí)施方式一或二相同。

具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至三之一不同點(diǎn)是：步驟三中所述的n,n'-二環(huán)己基碳二亞胺的質(zhì)量與二甲基甲酰胺的體積比為(0.2g～0.3g):(100ml～150ml)。其他步驟與具體實(shí)施方式一至三相同。

具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至四之一不同點(diǎn)是：步驟三中所述的聚醚胺的質(zhì)量與二甲基甲酰胺的體積比為(0.2g～0.3g):(100ml～150ml)。其他步驟與具體實(shí)施方式一至四相同。

具體實(shí)施方式六：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至五之一不同點(diǎn)是：步驟三②中將干燥的氧化碳纖維浸入到聚醚胺溶液中，再在溫度為160℃～165℃下加熱回流18h～20h，再將碳纖維取出，使用無水乙醇清洗3次～4次，再在溫度為70℃～75℃下真空干燥18h～20h，得到表面接枝聚醚胺的碳纖維，即完成一種碳纖維表面綠色接枝聚醚胺的方法。其他步驟與具體實(shí)施方式一至五相同。

具體實(shí)施方式七：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至六之一不同點(diǎn)是：步驟三②中將干燥的氧化碳纖維浸入到聚醚胺溶液中，再在溫度為165℃下加熱回流24h，再將碳纖維取出，使用無水乙醇清洗4次，再在溫度為75℃下真空干燥24h，得到表面接枝聚醚胺的碳纖維，即完成一種碳纖維表面綠色接枝聚醚胺的方法。其他步驟與具體實(shí)施方式一至六相同。

具體實(shí)施方式八：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至七之一不同點(diǎn)是：步驟三②中將干燥的氧化碳纖維浸入到聚醚胺溶液中，再在溫度為165℃～170℃下加熱回流20h～24h，再將碳纖維取出，使用無水乙醇清洗4次～5次，再在溫度為80℃下真空干燥18h，得到表面接枝聚醚胺的碳纖維，即完成一種碳纖維表面綠色接枝聚醚胺的方法。其他步驟與具體實(shí)施方式一至七相同。

具體實(shí)施方式九：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至八之一不同點(diǎn)是：步驟三②中所述的干燥的氧化碳纖維的質(zhì)量與聚醚胺溶液的體積比為0.3g:(100ml～150ml)。其他步驟與具體實(shí)施方式一至八相同。

具體實(shí)施方式十：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至九之一不同點(diǎn)是：步驟三②中所述的干燥的氧化碳纖維的質(zhì)量與聚醚胺溶液的體積比為(0.3g～0.4g):(150ml～200ml)。其他步驟與具體實(shí)施方式一至九相同。

采用以下實(shí)施例驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果：

實(shí)施例一：一種碳纖維表面綠色接枝聚醚胺的方法，具體是按以下步驟完成的：

一、清洗：

①、將0..3g碳纖維放入裝有丙酮的索氏提取器中，在溫度為80℃的條件下使用丙酮清洗去除碳纖維表面的雜質(zhì)，清洗時(shí)間為4h，將清洗后的碳纖維取出，得到丙酮清洗后的碳纖維；

②、將步驟一①得到的丙酮清洗后的碳纖維置于超臨界裝置中，在溫度為360℃和壓力為10mpa的30ml超臨界丙酮-水體系中浸泡20min，得到去除環(huán)氧涂層后的碳纖維；

步驟一②中所述的超臨界丙酮-水體系中丙酮與水的體積比為5:1；

③、將步驟一②得到的去除環(huán)氧涂層后的碳纖維置于索氏提取器中，在溫度為80℃的條件下使用丙酮清洗去除環(huán)氧涂層后的碳纖維，清洗時(shí)間為2h；將清洗后的碳纖維取出，在溫度為80℃的條件下干燥2h，得到干燥清洗后碳纖維；

二、氧化：

①、將步驟一③得到的干燥清洗后碳纖維浸漬到過硫酸鉀/硝酸銀混合水溶液中，加熱至70℃，再在溫度為70℃的條件下恒溫1h，得到氧化后的碳纖維；所述的過硫酸鉀/硝酸銀混合水溶液中過硫酸鉀的濃度為0.1mol/l；所述的過硫酸鉀/硝酸銀混合水溶液中硝酸銀的濃度為0.001mol/l；

步驟二①中所述的干燥清洗后碳纖維的質(zhì)量與過硫酸鉀/硝酸銀混合水溶液的體積比為0.1g:10ml；

②、室溫條件下將步驟二①得到的氧化后的碳纖維在蒸餾水中浸泡5min，將經(jīng)蒸餾水中浸泡后的碳纖維取出，棄除蒸餾水；所述的氧化后的碳纖維的質(zhì)量與蒸餾水的體積比為0.001g:1ml；

③、重復(fù)步驟二②5次，得到蒸餾水清洗后的氧化碳纖維；

④、將步驟二③得到的蒸餾水清洗后的氧化碳纖維在溫度為70℃的條件下干燥2h，得到干燥后的氧化碳纖維；

⑤、將步驟二④得到的干燥后的氧化碳纖維置于裝有無水乙醇的索氏提取器中，在溫度為90℃的條件下使用無水乙醇清洗氧化碳纖維，清洗時(shí)間為2h，得到無水乙醇清洗的氧化的碳纖維；

⑥、將步驟二⑤得到的無水乙醇清洗的氧化的碳纖維在溫度為70℃的條件下干燥2h，得到干燥的氧化碳纖維；

三、碳纖維的接枝處理：

①、將0.2gn,n'-二環(huán)己基碳二亞胺和0.2g聚醚胺加入到150ml二甲基甲酰胺中，再攪拌至均勻，得到聚醚胺溶液；

②、將0.3g干燥的氧化碳纖維浸入到150ml聚醚胺溶液中，再在溫度為165℃下加熱回流18h，再將碳纖維取出，使用無水乙醇清洗3次，再在溫度為80℃下真空干燥18h，得到表面接枝聚醚胺的碳纖維，即完成一種碳纖維表面綠色接枝聚醚胺的方法。

實(shí)施例二：一種碳纖維表面綠色接枝聚醚胺的方法，具體是按以下步驟完成的：

一、清洗：

①、將0.6g碳纖維放入裝有丙酮的索氏提取器中，在溫度為82℃的條件下使用丙酮清洗去除碳纖維表面的雜質(zhì)，清洗時(shí)間為4h，將清洗后的碳纖維取出，得到丙酮清洗后的碳纖維；

②、將步驟一①得到的丙酮清洗后的碳纖維置于超臨界裝置中，在溫度為3650℃和壓力為12mpa的30ml超臨界丙酮-水體系中浸泡30min，得到去除環(huán)氧涂層后的碳纖維；

步驟一②中所述的超臨界丙酮-水體系中丙酮與水的體積比為5:1；

③、將步驟一②得到的去除環(huán)氧涂層后的碳纖維置于索氏提取器中，在溫度為82℃的條件下使用丙酮清洗去除環(huán)氧涂層后的碳纖維，清洗時(shí)間為2h；將清洗后的碳纖維取出，在溫度為70℃的條件下干燥2h，得到干燥清洗后碳纖維；

二、氧化：

①、將步驟一③得到的干燥清洗后碳纖維浸漬到過硫酸鉀/硝酸銀混合水溶液中，加熱至75℃，再在溫度為75℃的條件下恒溫1.5h，得到氧化后的碳纖維；所述的過硫酸鉀/硝酸銀混合水溶液中過硫酸鉀的濃度為0.1mol/l；所述的過硫酸鉀/硝酸銀混合水溶液中硝酸銀的濃度為0.001mol/l；

步驟二①中所述的干燥清洗后碳纖維的質(zhì)量與過硫酸鉀/硝酸銀混合水溶液的體積比為0.1g:10ml；

②、室溫條件下將步驟二①得到的氧化后的碳纖維在蒸餾水中浸泡5min～10min，將經(jīng)蒸餾水中浸泡后的碳纖維取出，棄除蒸餾水；所述的氧化后的碳纖維的質(zhì)量與蒸餾水的體積比為0.001g:1ml；

③、重復(fù)步驟二②5次，得到蒸餾水清洗后的氧化碳纖維；

④、將步驟二③得到的蒸餾水清洗后的氧化碳纖維在溫度為70℃的條件下干燥2h，得到干燥后的氧化碳纖維；

⑤、將步驟二④得到的干燥后的氧化碳纖維置于裝有無水乙醇的索氏提取器中，在溫度為92℃的條件下使用無水乙醇清洗氧化碳纖維，清洗時(shí)間為4h，得到無水乙醇清洗的氧化的碳纖維；

⑥、將步驟二⑤得到的無水乙醇清洗的氧化的碳纖維在溫度為70℃的條件下干燥2h，得到干燥的氧化碳纖維；

三、碳纖維的接枝處理：

①、將0.4gn,n'-二環(huán)己基碳二亞胺和0.4g聚醚胺加入到200ml二甲基甲酰胺中，再攪拌至均勻，得到聚醚胺溶液；

②、將0.6g干燥的氧化碳纖維浸入到200ml聚醚胺溶液中，再在溫度為165℃下加熱回流24h，再將碳纖維取出，使用無水乙醇清洗3次，再在溫度為80℃下真空干燥24h，得到表面接枝聚醚胺的碳纖維，即完成一種碳纖維表面綠色接枝聚醚胺的方法。

圖1為實(shí)施例一步驟一③得到的干燥清洗后碳纖維的xps圖，圖1中1為c1s峰，2為o1s峰；

圖2為實(shí)施例一步驟三②得到的表面接枝聚醚胺的碳纖維的xps圖，圖2中1為csp2和csp3峰，2為c-c峰，3為c-o峰；

表1為實(shí)施例一步驟一③得到的干燥清洗后碳纖維、實(shí)施例一步驟三②得到的表面接枝聚醚胺的碳纖維的元素含量。

表1

從圖1和圖2及表1可知，碳纖維經(jīng)過處理后，n含量明顯增加，由未處理的1.11％提高到4.60％。

圖3為實(shí)施例一步驟一③得到的干燥清洗后碳纖維的分峰譜圖，圖3中1為1為c1s峰，2為n1s峰，3為o1s峰；

圖4為實(shí)施例一步驟三②得到的表面接枝聚醚胺的碳纖維的分峰譜圖，圖4中1為csp2和csp3峰，2為c-c峰，3為c-n峰，4為-n-c＝o峰，5為-cooh峰；

從圖3和4中可以看出，在結(jié)合能為287.9ev處出現(xiàn)一條新的擬合曲線，這是cf(碳纖維)上的羧基與pea(聚醚胺)上的胺基發(fā)生酰胺反應(yīng)，產(chǎn)生了酰胺鍵(-n-c＝o)，同時(shí)c-n(285.8ev)峰的產(chǎn)生是由于pea本身含有的胺基，這都說明pea通過化學(xué)鍵的形式接枝到碳纖維表面。

圖5為實(shí)施例一步驟一③得到的干燥清洗后碳纖維的sem圖；

圖6為實(shí)施例一步驟三②得到的表面接枝聚醚胺的碳纖維的sem圖；

從圖5和圖6可知，表面接枝聚醚胺的碳纖維，其表面均勻地形成了一個(gè)個(gè)小凸起，并且表面粗糙度由處理的15.8nm增加到83.5nm，這將增大纖維與樹脂之間的機(jī)械嚙合作用。

碳纖維改性前后的接觸角及表面能如表2所示；

表2

表2為實(shí)施例一步驟一③得到的干燥清洗后碳纖維和實(shí)施例一步驟三②得到的表面接枝聚醚胺的碳纖維的接觸角和表面能變化。接枝pea(聚醚胺)后碳纖維在水和二碘甲烷中的接觸角都明顯的降低，極性分量和色散分量相應(yīng)的提高，表面能也大幅度提高，由29.97mn/m升高到63.38mn/m，提高了114％。這說明pea(聚醚胺)接枝到碳纖維表面對碳纖維表面的潤濕性有明顯的改善效果。這將有助于最終復(fù)合材料的界面性能的提高。

界面剪切強(qiáng)度測試(一)：

(一)本實(shí)驗(yàn)采用fa620型復(fù)合材料界面評價(jià)裝置(日本東榮株式會社)。首先將碳纖維單絲用雙面膠牢固地粘貼在金屬支架上，再稱取質(zhì)量比為100:32的環(huán)氧樹脂e-51和固化劑h-256并混合均勻，并用鋼針蘸取一滴點(diǎn)在碳纖維單絲表面，環(huán)氧樹脂會因表面張力作用形成樹脂微滴，隨后在90℃、120℃和150℃下分別恒溫保持2h、2h和3h進(jìn)行固化，從而制得碳纖維/環(huán)氧樹脂微滴復(fù)合材料。在測試過程中，選取直徑80μm左右的樹脂微滴作為測試對象，樹脂球直徑太大容易將纖維拉斷而樹脂球并未與纖維脫離，若樹脂球太小，設(shè)備刀口夾不住，測試過程沒有測試到力的作用刀口就從樹脂球滑過，載荷加載速度為0.5μm·s-1，每組樣品測出50個(gè)有效數(shù)據(jù)并計(jì)算其平均值，所述的碳纖維為實(shí)施例一步驟一③得到的干燥清洗后碳纖維。界面剪切強(qiáng)度(ifss)可根據(jù)公式(1)得到：

式中fmax——纖維拔脫時(shí)的載荷峰值(n)；

d——纖維單絲直徑(m)；

l——環(huán)氧樹脂微滴包埋長度(m)。

按照上述方法對實(shí)施例一步驟一③得到的干燥清洗后碳纖維的界面剪切強(qiáng)度進(jìn)行測試；

界面剪切強(qiáng)度測試(二)：本測試與界面剪切強(qiáng)度測試(一)的不同點(diǎn)是：所述的碳纖維為實(shí)施例一步驟三②得到的表面接枝聚醚胺的碳纖維。其他步驟及測試方法均與界面剪切強(qiáng)度測試(一)相同。

界面剪切強(qiáng)度測試(一)和界面剪切強(qiáng)度測試(二)測試結(jié)果如圖7所示；

圖7為界面剪切強(qiáng)度柱狀圖，圖7中1為實(shí)施例一步驟一③得到的干燥清洗后碳纖維的界面剪切強(qiáng)度，2為實(shí)施例一步驟三②得到的表面接枝聚醚胺的碳纖維的界面剪切強(qiáng)度；

圖7中ifss為碳纖維復(fù)合材料界面剪切強(qiáng)度，圖7可知，實(shí)施例一步驟三②得到的表面接枝聚醚胺的碳纖維的界面剪切強(qiáng)度由原絲的48.8mpa提高到76.6mpa，提高了57.4％。這是因?yàn)樘祭w維表面化學(xué)接枝后極性基團(tuán)增多，可以與樹脂基體參加化學(xué)反應(yīng)，這相當(dāng)pea在碳纖維和樹脂之間搭建起了一個(gè)橋梁的作用，從而使基體樹脂與碳纖維達(dá)到良好的界面結(jié)合，所以界面強(qiáng)度有很大程度的提高。碳纖維化學(xué)接枝pea后的單絲拉伸強(qiáng)度沒有降低，反而有稍微的提高，這是因?yàn)榈谝粵]有酰氯化的刻蝕作用，第二pea在纖維表面可以補(bǔ)充一些缺陷，保護(hù)了纖維防止其被拉斷。

拉伸強(qiáng)度測試(一)：碳纖維單絲拉伸強(qiáng)度的測試過程參照標(biāo)準(zhǔn)astm-d3397-75。將單根碳纖維用膠黏劑牢固地粘貼在坐標(biāo)紙框的(外框100mm×20mm，內(nèi)框20mm×10mm)中線上，把紙框固定在試驗(yàn)機(jī)的卡具中，剪斷紙框(圖中彎曲的線)，施加載荷的速率為10mm·min^-1，記錄碳纖維斷裂時(shí)的載荷峰值(f)。每種碳纖維樣品測50次有效數(shù)據(jù)取平均值；所述的碳纖維為實(shí)施例一步驟一③得到的干燥清洗后碳纖維；

拉伸強(qiáng)度測試(二)：本測試與拉伸強(qiáng)度測試(二)的不同點(diǎn)是：所述的碳纖維為實(shí)施例一步驟三②得到的表面接枝聚醚胺的碳纖維。其他步驟及測試方法均與拉伸強(qiáng)度測試(一)相同。

拉伸強(qiáng)度測試(一)和拉伸強(qiáng)度測試(二)的測試結(jié)果如圖8所示；

圖8為拉伸強(qiáng)度柱狀圖，圖8中1為實(shí)施例一步驟一③得到的干燥清洗后碳纖維的拉伸強(qiáng)度，2為實(shí)施例一步驟三②得到的表面接枝聚醚胺的碳纖維的拉伸強(qiáng)度。

圖8中ts為纖維單絲拉伸強(qiáng)度，從圖8可知，碳纖維化學(xué)接枝pea后的單絲拉伸強(qiáng)度沒有降低，反而有稍微的提高，這是因?yàn)榈谝粵]有酰氯化的刻蝕作用，第二pea在纖維表面可以補(bǔ)充一些缺陷，保護(hù)了纖維防止其被拉斷。