專利名稱：提高中強碳纖維表面活性的γ射線處理方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明敘述了一種改善中強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，而成為目前最受重視的增強纖維。但碳纖維表面光滑且惰性大和樹脂基體粘結(jié)強度差，因而碳纖維增強復合材料的層間剪切強度低，這一薄弱環(huán)節(jié)影響了高性能碳／樹脂復合材料的廣泛應用。通過對碳纖維表面進行適當?shù)奶幚硪愿纳铺祭w維表面的活性，增強碳纖維與基體間的界面粘結(jié)強度則成為人們關(guān)注的熱點。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報導(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，復合材料學報，1993，10(4)97-102；賀福，王潤娥，復合材料學報，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的產(chǎn)生，增加碳纖維與樹脂間的粘結(jié)強度，提高碳纖維復合材料的層間剪切強度。
具體地講，本發(fā)明的目的通過以下措施來實現(xiàn)本發(fā)明是將中強丙烯腈碳纖維在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，輻照劑量為30～40000戈瑞，空氣中輻照。本發(fā)明的中強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)明的特點如下1．碳纖維表面處理前后的力學性能碳纖維的抗拉強度、楊氏模量和斷裂伸長(×抗拉強度，+揚氏模量，·斷裂伸長)與輻照劑量的關(guān)系如

圖1?？估瓘姸?、楊氏模量和斷裂伸長在YG003A電子拉力機上進行測試，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，三項指標分別提高了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潤濕表明，經(jīng)γ射線處理的碳纖維表面能由未處理時的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，輻照劑量為20000戈瑞。處理完后，將碳纖維用自來水反復沖洗，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) 77．023．0
權(quán)利要求
1.一種改善中強碳纖維表面活性的表面處理方法，其特征是選用中強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，輻照劑量為30～40000戈瑞。
全文摘要
改善中強碳纖維表面活性的表面處理方法是利用
文檔編號D06M10/02GK1206760SQ9811467
公開日1999年2月3日 申請日期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 申請人:中國科學院蘭州化學物理研究所