一种改性的纤维及其制备方法与流程

本发明涉及电子材料领域，具体涉及一种改性纤维及其制备方法。

背景技术：

1、碳纤维由于具有高比强度、高比模量、高耐化学性、高耐热性以及低热膨胀性等特性而被广泛应用。而利用化学，物理方法对碳纤维界面改性，能够赋予碳纤维新的功能，进而实现调控电磁参数，优化阻抗匹配的效果。现有技术中公开过多种改性方法，主要方法有以下几种：

2、利用水热法：首先对碳纤维预处理，采用有机溶剂丙酮除去表面油。然后将碳纤维浸入金属盐混合溶液中进行超声分散，随后加入高压反应釜中进行高温水热反应，最后用溶剂将制备获得的功能化的碳纤维洗涤并干燥。这类技术存在方法繁琐，成本高，产量低，包覆层厚度受限制等缺点。

3、利用化学镀方法：首先对碳纤维进行预处理，包括超声分散以去除表面油脂和杂质，随后使用去离子水洗涤。将预处理后的碳纤维浸入含有特定化学成分的镀液中，该镀液通常包含金属盐、还原剂和络合剂等。在化学镀过程中，金属离子被还原并在碳纤维表面沉积形成均匀的金属层。某些情况下，化学镀后的碳纤维会经过高温烧结步骤，以形成sic等陶瓷材料的阵列改性涂层，增强其吸波性能。这类技术存在包覆层不均匀，界面结合力差，方法繁琐，成本高，污染环境等缺点。

技术实现思路

1、现有技术中的方法普遍存在碳纤维复合材料的界面结合力差，方法繁琐，成本高，不能批量化生产等问题，为了解决上述问题，本发明提出了一种碳纤维界面改性与电磁参数调控方法。

2、本发明一个方面提供了一种改性的纤维的制备方法，所述制备方法包含以下步骤：

3、s1)粗化处理：将纤维进行粗化处理，获得粗化处理的纤维；

4、s2)多巴胺包覆处理：以多巴胺或多巴胺衍生物处理粗化处理的纤维，获得多巴胺包覆的纤维；

5、s3)包覆二氧化硅绝缘层：步骤s2)所得多巴胺包覆的纤维与能够水解形成二氧化硅的硅源化合物按质量比10:1-10:200的比例均匀混合，并分散在溶剂中，升温加热后加入反应引发剂，搅拌反应至完全，静置生成二氧化硅绝缘层。

6、进一步地，所述的纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或金属纤维。

7、进一步地，步骤s1)中粗化处理的方法包括以酸溶液进行处理、以等离子体进行处理。

8、进一步地，步骤s1)中所述酸溶液选自硝酸、硫酸或硝酸与硫酸混合液。

9、进一步地，步骤s1)中粗化处理过程中进行加热，加热温度为60-80℃。

10、进一步地，步骤s2)中所述多巴胺衍生物为盐酸多巴胺、6-羟基多巴胺盐酸盐。

11、进一步地，步骤s2)中多巴胺或多巴胺衍生物处理的方法包括将粗化处理的纤维与多巴胺或多巴胺衍生物共同分散在溶剂中，加入缓蚀剂，并调节到碱性，进行光照反应至完全，清洗干燥获得多巴胺包覆的纤维。

12、进一步地，步骤s2)中粗化处理的纤维与多巴胺或多巴胺衍生物的质量比为10:8-50:8；例如为20:8、30:8、40:8。

13、进一步地，步骤s2)中所述缓蚀剂为三(羟甲基)氨基甲烷。

14、进一步地，步骤s2)中碱性为ph值不低于8，优选为ph值为8-9。

15、进一步地，步骤s3)中所述能够水解形成二氧化硅的硅源化合物选自硅酸四乙酯、硅酸钠。

16、进一步地，步骤s3)中多巴胺包覆的纤维与能够缩聚形成二氧化硅的硅源化合物质量比为10:5-10:100，例如10:10、10:20、10:30、10:40、10:50、10:60、10:70、10:80、10:90、10:100。

17、进一步地，步骤s3)中多巴胺包覆的纤维与溶剂质量份数比10:80-10:100，例如10:85、10:90、10:95。

18、进一步地，其中所述溶剂是水、醇或醇水混合溶剂，所述醇为甲醇、乙醇或丙醇。

19、进一步地，步骤s3)中引发剂为氨水，优选为质量体积比为10％的氨水。

20、进一步地，步骤s3)中加入引发剂后的反应时间为3h，静置时间为至少1h。

21、进一步地，二氧化硅绝缘层的厚度为1-1000nm，例如为10nm、50nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm。

22、本发明另一个方面提供了通过上述制备方法获得的界面改性与电磁参数可调控的纤维。

23、本发明再一个方面提供了一种修饰改性纤维电磁参数的调控方法，所述方法包括以下步骤：

24、s01)粗化处理：将纤维进行粗化处理，获得粗化处理的纤维；

25、s02)多巴胺包覆处理：以多巴胺或多巴胺衍生物处理粗化处理的纤维，获得多巴胺包覆的纤维；

26、s03)调控包覆的二氧化硅绝缘层：步骤s2)所得多巴胺包覆的纤维与能够水解形成二氧化硅的硅源化合物按比例均匀混合，并分散在溶剂中，升温加热后加入反应引发剂，搅拌反应至完全，静置后洗涤至中性，并进行干燥；

27、通过调节多巴胺包覆的碳纤维与能够水解形成二氧化硅的硅源化合物的质量比实现碳纤维电磁参数的调控，调控的范围为多巴胺包覆的碳纤维与能够水解形成二氧化硅的硅源化合物的质量比为10:1-10:200。

28、进一步地，步骤s01)中粗化处理的方法包括以酸溶液进行处理、以等离子体进行处理。进一步地，步骤s01)中所述酸溶液选自硝酸、硫酸或硝酸与硫酸混合液。

29、进一步地，步骤s01)中粗化处理过程中进行加热，加热温度为60-80℃。

30、进一步地，步骤s02)中所述多巴胺衍生物为盐酸多巴胺、6-羟基多巴胺盐酸盐。

31、进一步地，步骤s02)中多巴胺或多巴胺衍生物处理的方法包括将粗化处理的碳纤维与多巴胺或多巴胺衍生物共同分散在溶剂中，加入缓蚀剂，并调节到碱性，进行光照反应至完全，清洗干燥获得多巴胺包覆的碳纤维。

32、进一步地，步骤s02)中粗化处理的碳纤维与多巴胺或多巴胺衍生物的质量比为20:8-50:8；例如为30:8、40:8。

33、进一步地，步骤s02)中所述缓蚀剂为三(羟甲基)氨基甲烷。

34、进一步地，步骤s02)中碱性为ph值不低于8，优选为ph值为8-9。

35、进一步地，步骤s02)中粗化处理的碳纤维与多巴胺或多巴胺衍生物的质量比为10:8-50:8。

36、进一步地，步骤s03)中所述能够水解形成二氧化硅的硅源化合物选自硅酸四乙酯、硅酸钠。

37、进一步地，步骤s03)中多巴胺包覆的碳纤维与能够缩聚形成二氧化硅的硅源化合物质量比为10:5-10:100，例如10:10、10:20、10:30、10:40、10:50、10:60、10:70、10:80、10:90、10:100。

38、进一步地，步骤s03)中多巴胺包覆的碳纤维与溶剂质量份数比10:80-10:100，例如10:85、10:90、10:95。

39、进一步地，其中所述溶剂是水、醇或醇水混合溶剂，所述醇为甲醇、乙醇或丙醇。

40、进一步地，步骤s03)中引发剂为氨水，优选为质量体积比为10％的氨水。

41、进一步地，步骤s03)中加入引发剂后的反应时间为3h，静置时间为至少1h。

42、进一步地，二氧化硅绝缘层的厚度为1-1000nm。

43、有益效果

44、本发明解决了碳纤维与绝缘包覆层表面能不匹配，导致包覆层与基材之间的粘附力不足，层间脱离的问题。因此，通过本发明的方法制备得到的碳纤维绝缘性好，杜绝了阻抗失配问题，在吸波、屏蔽等电子封装领域有巨大的应用前景。

45、本发明利用溶胶凝胶法在碳纤维表面生长一定厚度的二氧化硅绝缘层，该绝缘层从不仅作为电磁参数的调控层，还增强了材料的环境稳定性。此外，通过调节参数实现二氧化硅层厚度的调节，即通过调控碳纤维与硅源的不同比例来获得不同厚度的包覆层，可以通过该方法实现了阻抗匹配和电磁波吸收特性的可调控。

46、本发明方法通过在碳纤维表面进行聚多巴胺(pda)处理，增强了碳纤维与包覆层的粘接强度，改善了基体与包覆层界面具有普遍适配性，无需高温处理，安全环保，产量高。