本發明屬于碳纖維表面改性技術領域，特別涉及一種碳纖維等離子體接枝氧化石墨烯的表面改性的方法。
背景技術：
碳纖維是指經高溫碳化，含碳量超過85％以上的纖維材料，包括碳素纖維和石墨纖維。碳素纖維是有機纖維經1000～2300℃處理后，含碳量為85％～95％的纖維；石墨纖維是有機纖維經2300℃以上處理，含碳量在98％以上的纖維，碳纖維作為一種高性能纖維,因具有比強度高、比模量高、熱膨脹系數小、摩擦系數低、耐低溫性能良好等特性而成為近年來樹脂基復合材料最重要的增強材料,被廣泛應用在航空航天構件和體育用品中。碳纖維表面呈惰性,比表面積小,邊緣活性碳原子少,表面能低和樹脂浸潤性及兩相界面粘結性差,復合材料層間剪切強度(Interlaminar Shearing Strength,ILSS)低。從而影響復合材料綜合性能的發揮，制約了碳纖維在先進復合材料領域的進一步推廣應用。為了改善碳纖維增強樹脂基復合材料的性能，須對碳纖維表面進行改性，以提高碳纖維與其他材料的粘結能力。
為改善碳纖維與樹脂基體等的黏合性、提高復合材料的層間剪切力而須進行的表面處理。目的是增加碳纖維的極性基團如羧基、羰基和內酯等官能團，增加表面積，提高與樹脂母體的浸潤性和黏合力。前對碳纖維表面進行改性的方法較多，主要包括(1)液相氧化法(2)等離子體處理法(3)陽極電解或電沉積處理法(4)臭氧處理法；(5)氣相氧化法(6)表面高能輻射法(7)共聚改性法以及偶聯劑處理法等。這些方法都能基本滿足碳纖維表面性能改性需要，但是工藝較為復雜，處理時間長，表面改性不均勻等問題。
碳纖維作為優良的復合材料增強劑，在其實際應用過程中，為了修補缺陷，進一步提高性能，并滿足不同的使用需求，經常會在碳纖維表面接枝新的材料。
氧化石墨烯這種材料具有已知材料最好的強度，優異的導電性和導熱性，目前現有的等離子體處理碳纖維表面改性技術專利沒有涉及等離子體接枝氧化石墨烯的表面改性的方法。
技術實現要素：
要解決的技術問題
為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種碳纖維等離子體接枝氧化石墨烯的表面改性的方法。
技術方案
一種碳纖維等離子體接枝氧化石墨烯的表面改性的方法，其特征在于步驟如下：
步驟1：將碳纖維置于等離子體裝置上，開放環境下，將等離子體噴射到碳纖維表面，使碳纖維在等離子體氛圍中運動，處理功率為100W-1000W，時間為10s-900s，產生表面改性；將處理好的碳纖維在40～60℃下真空干燥至恒重，得到經等離子體處理的碳纖維
步驟2：將經等離子處理的碳纖維加入氧化石墨烯丙酮接枝液中，讓后將混合液升溫至50～100℃，在恒溫反應9～12h，讓后將接枝好的碳纖維用去離子水反復洗滌4～6次，再將洗滌后的碳纖維在40～60℃下真空至干燥；所述氧化石墨烯丙酮接枝液是將氧化石墨烯加入丙酮溶液中，超聲處理10～50min，得氧化石墨烯濃度為0.02～1g/L的氧化石墨烯丙酮接枝液。
所述氧化石墨烯的制備步驟為：
1)在冰水浴中，將石墨粉和硝酸鈉與濃硫酸混合均勻，攪拌中緩慢加入高錳酸鉀，保持2℃以下持續反應1h，得到混合物A；其中濃硫酸體積和硝酸鈉質量的比例為40ml︰1g，石墨粉和硝酸鈉的質量比為2︰1，高錳酸鉀和硝酸鈉的質量比為6︰1；
2)將混合物A在轉移至35℃水浴反應30min逐步加入去離子水至體積為混合物A的3倍，溫度升至98℃繼續反應15min后得到混合物B；
3)將混合物B進一步連續加水稀釋，并用質量分數30％的過氧化氫溶液處理，將所得溶液抽濾并用去離子水洗滌至濾液呈中性，將所得沉淀物在40～60℃真空條件下干燥6小時得到氧化石墨；
4)將所得氧化石墨和水配成懸浮液，在施以超聲處理60～100min，得到氧化石墨烯溶液，將氧化石墨烯溶液于40～60℃真空條件下干燥5h后，獲得氧化石墨烯。
所述等離子體裝置為等離子體發生器。
所述等離子體發生器中的等離子源包括選自以下至少一種源：介質阻擋放電DBD等離子源、表面放電SD等離子源、體放電VD等離子源、等離子炬源、電弧等離子炬、滑動電弧等離子炬、冷等離子炬、直流等離子源、脈沖等離子源、磁控管等離子源、感應耦合等離子源、螺旋管等離子源、螺旋共振器等離子源、微波等離子源、大氣壓等離子體噴射APPJ源、電暈放電等離子源、微等離子源、低壓等離子源或高壓等離子源。
等離子體氛圍由等離子體發生器產生，并經由噴嘴機構噴射到常溫、常壓、大氣環境中形成的等離子體氛圍。
所述等離子源中的等離子體選自He、Ar、Ne、Xe、空氣、N2、O2、H2O或CO2。
所述等離子源中的等離子體選自氟里昂Freon氣的鹵素化合物氣體CF4、CHF3、C3F6或C4F8。
所述等離子源中的等離子體選自halon哈龍氣體、NH3、NF3或SF6。
所述等離子源中的等離子體選自有機化合物氣體CH4、C2H6、C2H4、C2H2、C6H6或C2H5OH；NOx、SO2或硅烷以及選自它們的氣體混合物。
有益效果
本發明提出的一種碳纖維等離子體接枝氧化石墨烯的表面改性的方法，采用氧化石墨烯作為碳纖維的表面接枝材料，將碳纖維通過等離子體表面改性，在接枝氧化石墨烯，可以形成高性能的復合材料，本發明成本低，操作簡單，適用性強。
本發明的優點在于，碳纖維表面改性所用設備投資費用低，發明成本低、操作簡單、適用性強、處理效果好、纖維性能損失小，質量可靠。大量縮短改性時間，降低化學品用量和產品成本，減少環境污染，適用于工業化生產。
具體實施方式
現結合實施例對本發明作進一步描述：
實例1：
(1)將碳纖維置于氧等離子體裝置上，開放環境下，將氧等離子體噴射到碳纖維表面，使碳纖維在氧等離子體氛圍中運動，處理功率為100W，時間為60s，產生表面改性。將處理好的碳纖維在60℃下真空干燥至恒重，得到經氧等離子體處理的碳纖維。
(2)將氧化石墨烯加入丙酮接枝液中，超聲處理20min，得氧化石墨烯濃度為0.2g/L的氧化石墨烯丙酮接枝夜。
(3)將經等離子處理的碳纖維加入步驟2所得的氧化石墨烯丙酮接枝液中，讓后將混合液升溫至70℃，在恒溫反應10h，讓后將接枝好的碳纖維用去離子水反復洗滌6次，再將洗滌后的碳纖維在60℃下真空至干燥。
實例2：
(1)將碳纖維置于氬等離子體裝置上，開放環境下，將氬等離子體噴射到碳纖維表面，使碳纖維在氬等離子體氛圍中運動，處理功率為100W，時間為60s，產生表面改性。將處理好的碳纖維在60℃下真空干燥至恒重，得到經氬等離子體處理的碳纖維。
(2)將氧化石墨烯加入丙酮接枝液中，超聲處理20min，得氧化石墨烯濃度為0.2g/L的氧化石墨烯丙酮接枝夜。
(3)將經等離子處理的碳纖維加入步驟2所得的氧化石墨烯丙酮接枝液中，讓后將混合液升溫至70℃，在恒溫反應10h，讓后將接枝好的碳纖維用去離子水反復洗滌6次，再將洗滌后的碳纖維在60℃下真空至干燥。
在實施例中的氧化石墨烯可以采用市場上購買的現有材料，也可以采用下述方法自行配制。
所述氧化石墨烯的制備步驟為：
1)在冰水浴中，將石墨粉和硝酸鈉與濃硫酸混合均勻，攪拌中緩慢加入高錳酸鉀，保持2℃以下持續反應1h，得到混合物A；其中濃硫酸體積和硝酸鈉質量的比例為40ml︰1g，石墨粉和硝酸鈉的質量比為2︰1，高錳酸鉀和硝酸鈉的質量比為6︰1；
2)將混合物A在轉移至35℃水浴反應30min逐步加入去離子水至體積為混合物A的3倍，溫度升至98℃繼續反應15min后得到混合物B；
3)將混合物B進一步連續加水稀釋，并用質量分數30％的過氧化氫溶液處理，將所得溶液抽濾并用去離子水洗滌至濾液呈中性，將所得沉淀物在40～60℃真空條件下干燥6小時得到氧化石墨；
4)將所得氧化石墨和水配成懸浮液，在施以超聲處理60～100min，得到氧化石墨烯溶液，將氧化石墨烯溶液于40～60℃真空條件下干燥5h后，獲得氧化石墨烯。