本發(fā)明涉及一種碳纖維表面接枝的方法。

背景技術(shù)：

碳纖維以其高比強度/剛度、抗化學腐蝕、耐高溫、優(yōu)異的導電導熱性能等一系列特性，廣泛的用作聚合物基復(fù)合材料的增強填料。碳纖維增強樹脂基復(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)部件先進性的重要標志。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行微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控及整體優(yōu)化設(shè)計。通常情況下，界面的優(yōu)化是通過對復(fù)合材料增強體碳纖維表面的改性來實現(xiàn)的。

碳纖維表面改性方法主要包括表面高能輻照、化學氣相沉積法、化學氧化及化學接枝等，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，但往往導致其力學性能的較大損失，并且操作繁瑣，不易實施。例如在化學接枝中經(jīng)常會引入酰氯化反應(yīng)，這樣實驗危險性高，操作繁瑣，耗時長，纖維本體強度損失多在10％以上，且現(xiàn)有改性碳纖維復(fù)合材料的界面結(jié)合強度低，界面剪切強度一般提高40％～50％。

技術(shù)實現(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碳纖維本體強度的損失大和碳纖維復(fù)合材料的界面結(jié)合強度低的問題，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：

一、本發(fā)明采用化學接枝法，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為界面剪切強度柱狀圖，圖7中1為實施例一步驟一③得到的干燥清洗后碳纖維的界面剪切強度，2為實施例一步驟三②得到的表面接枝聚醚胺的碳纖維的界面剪切強度；

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

具體實施方式

具體實施方式一：本實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)。

本實施方式的原理及優(yōu)點：

一、本實施方式采用化學接枝法，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、本實施方式制備的表面接枝聚醚胺的碳纖維的界面剪切強度由原絲的48.8mpa提高到76.6mpa～82.3mpa，提高大于57.4％；

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

本實施方式可獲得一種碳纖維表面綠色接枝聚醚胺的方法。

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同點是：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)。其他步驟與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二之一不同點是：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)。其他步驟與具體實施方式一或二相同。

具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一至三之一不同點是：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)。其他步驟與具體實施方式一至三相同。

具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式一至四之一不同點是：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)。其他步驟與具體實施方式一至四相同。

具體實施方式六：本實施方式與具體實施方式一至五之一不同點是：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。其他步驟與具體實施方式一至五相同。

具體實施方式七：本實施方式與具體實施方式一至六之一不同點是：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。其他步驟與具體實施方式一至六相同。

具體實施方式八：本實施方式與具體實施方式一至七之一不同點是：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。其他步驟與具體實施方式一至七相同。

具體實施方式九：本實施方式與具體實施方式一至八之一不同點是：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)。其他步驟與具體實施方式一至八相同。

具體實施方式十：本實施方式與具體實施方式一至九之一不同點是：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)。其他步驟與具體實施方式一至九相同。

采用以下實施例驗證本發(fā)明的有益效果：

實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為實施例一步驟一③得到的干燥清洗后碳纖維、實施例一步驟三②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通過化學鍵的形式接枝到碳纖維表面。

圖5為實施例一步驟一③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個小凸起，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為實施例一步驟一③得到的干燥清洗后碳纖維和實施例一步驟三②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。

界面剪切強度測試(一)：

(一)本實驗采用fa620型復(fù)合材料界面評價裝置(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個有效數(shù)據(jù)并計算其平均值，所述的碳纖維為實施例一步驟一③得到的干燥清洗后碳纖維。界面剪切強度(ifss)可根據(jù)公式(1)得到：

式中fmax——纖維拔脫時的載荷峰值(n)；

d——纖維單絲直徑(m)；

l——環(huán)氧樹脂微滴包埋長度(m)。

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

界面剪切強度測試(二)：本測試與界面剪切強度測試(一)的不同點是：所述的碳纖維為實施例一步驟三②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度測試(一)相同。

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

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

圖7中ifss為碳纖維復(fù)合材料界面剪切強度，圖7可知，實施例一步驟三②得到的表面接枝聚醚胺的碳纖維的界面剪切強度由原絲的48.8mpa提高到76.6mpa，提高了57.4％。這是因為碳纖維表面化學接枝后極性基團增多，可以與樹脂基體參加化學反應(yīng)，這相當pea在碳纖維和樹脂之間搭建起了一個橋梁的作用，從而使基體樹脂與碳纖維達到良好的界面結(jié)合，所以界面強度有很大程度的提高。碳纖維化學接枝pea后的單絲拉伸強度沒有降低，反而有稍微的提高，這是因為第一沒有酰氯化的刻蝕作用，第二pea在纖維表面可以補充一些缺陷，保護了纖維防止其被拉斷。

拉伸強度測試(一)：碳纖維單絲拉伸強度的測試過程參照標準astm-d3397-75。將單根碳纖維用膠黏劑牢固地粘貼在坐標紙框的(外框100mm×20mm，內(nèi)框20mm×10mm)中線上，把紙框固定在試驗機的卡具中，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；所述的碳纖維為實施例一步驟一③得到的干燥清洗后碳纖維；

拉伸強度測試(二)：本測試與拉伸強度測試(二)的不同點是：所述的碳纖維為實施例一步驟三②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度測試(一)相同。

拉伸強度測試(一)和拉伸強度測試(二)的測試結(jié)果如圖8所示；

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

圖8中ts為纖維單絲拉伸強度，從圖8可知，碳纖維化學接枝pea后的單絲拉伸強度沒有降低，反而有稍微的提高，這是因為第一沒有酰氯化的刻蝕作用，第二pea在纖維表面可以補充一些缺陷，保護了纖維防止其被拉斷。