[發(fā)明專利]一種高阻隔性復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310637250.1
• 申請日: 2013-12-02
• 公開（公告）號: CN103642176A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賈曉龍;鄭竣譯;楊小平;朱錦明;李武勝;黃瀾
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號: C08L63/02
• 分類號: C08L63/02;C08L63/00;C08K9/06;C08K9/04;C08K3/34;C08K3/04;C08K3/38;C08K7/06;C08L77/10;C08L23/06
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于纖維復(fù)合材料制備領(lǐng)域，特別涉及一種含具有反應(yīng)活性片狀納米填料的液體納米增強體，將其添加到環(huán)氧樹脂基體中，用于制備高阻隔性纖維復(fù)合材料。?

背景技術(shù)

高性能纖維作為一種新型纖維材料，在沿纖維方向具有高比強度、高比模量等優(yōu)異性能，因此主要用于高性能復(fù)合材料的增強體。環(huán)氧樹脂因其具有優(yōu)異的機械性能、粘結(jié)性能和電氣性能，被廣泛應(yīng)用于復(fù)合材料領(lǐng)域。近年來，高性能纖維復(fù)合材料由于其高比強度、高比模量、耐腐蝕等獨特性能，被越來越廣泛的應(yīng)用于航空航天、新型能源等高新技術(shù)領(lǐng)域，以用于氣體和液體物質(zhì)的分離、儲存和運輸?shù)龋@對復(fù)合材料的阻隔性能提出了更高的要求。?

對于樹脂基纖維復(fù)合材料，低分子物質(zhì)可以在樹脂基體中吸附、滲透、溶解、擴散和傳輸，這導(dǎo)致復(fù)合材料的阻隔性能下降。當(dāng)片狀納米填料分散在樹脂基體中時，這些片層結(jié)構(gòu)對于小分子來說是不能通過的，迫使小分子要通過圍繞片層的彎曲路徑才能通過基體，從而提高了擴散的路徑長度，使復(fù)合材料阻隔性上升。因此，可以通過在樹脂基體中添加片狀納米填料達到提高復(fù)合材料阻隔性能的目的。?

申請公開號為CN101864148A的發(fā)明將經(jīng)過有機化改性的片狀納米填料直接加入環(huán)氧樹脂中，在加熱條件下攪拌均勻，浸潤碳纖維后在一定溫度下固化制得復(fù)合材料。申請公開號為CN1462777A的發(fā)明將經(jīng)過有機化改性的片狀納米填料加入環(huán)氧樹脂后，通過混煉的方式使納米填料分散在基體中，從而制得改性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。申請公開號為CN1354198A的發(fā)明將經(jīng)過有機化改性的片狀納米填料與環(huán)氧樹脂混合后，在加熱的條件下對其進行超聲處理，制得環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。以上專利中主要是通過提高溫度、增大剪切力或改變分子表面?能來使樹脂分子進入片狀納米填料層間，以期實現(xiàn)對其插層甚至剝離，達到均勻分散的目的。但是以上方法并不能克服片狀納米填料層間的吸引力，無法達到使納米填料片層充分剝離的狀態(tài)，導(dǎo)致片狀納米填料難以均勻分散在樹脂基體中，不能充分發(fā)揮其提高復(fù)合材料阻隔性能的作用。其次，直接引入片狀納米填料會增大樹脂體系的黏度，導(dǎo)致樹脂體系的加工工藝性能變差。為了滿足氣體、液體物質(zhì)儲運領(lǐng)域復(fù)合材料制品的迫切需求，必須開發(fā)一種阻隔性能優(yōu)異且工藝性能良好的復(fù)合材料。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于制備一種高阻隔性纖維復(fù)合材料，需要將片狀納米填料均勻的分散到樹脂基體中。而本發(fā)明所使用的片狀納米填料屬于無機填料，其表面具有強烈的親水性，這不利于其在有機相中分散以及被有機相潤濕，因此需要對片狀納米填料進行有機化改性處理。通過選擇合適的改性劑，利用離子交換使片狀納米填料層間的陽離子被改性劑的有機陽離子取代，同時使片層表面被有機基團覆蓋，使改性劑單體插入蒙脫土片層之間，增加片層間的間距以達到使其剝離的效果，同時使片狀納米填料表面由親水性改為親油性，降低其表面能。因此，所用的片狀納米填料是通過商業(yè)途徑購得的經(jīng)過一級銨鹽改性的有機片狀納米填料。?

通過超聲振蕩處理使有機片狀納米填料表面的一級銨鹽陽離子與具有反應(yīng)性端基的化合物發(fā)生反應(yīng)，得到含具有反應(yīng)活性片狀納米填料的液體納米增強體，這種液體納米增強體與環(huán)氧樹脂基體有很高的反應(yīng)活性，可以與環(huán)氧樹脂分子之間形成共價鍵，將其添加到環(huán)氧樹脂基體中，不僅可以實現(xiàn)片狀納米填料在基體中的均勻分散，而且可以降低樹脂體系的黏度，提高樹脂體系的加工性能，從而可用于制備高阻隔性纖維復(fù)合材料。?

本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容如下：?

一種高阻隔性纖維復(fù)合材料的制備方法，其特征如下：?

a、利用超聲振蕩處理經(jīng)過一級銨鹽改性的片狀納米填料與具有反應(yīng)性端基的液體化合物，得到含具有反應(yīng)活性片狀納米填料的液體納米增強體。其中片狀納米填料與化合物的重量份數(shù)之比為1:6～1:30；b、將a中得到的液體納米增強體在加熱條件下，采用機械攪拌的方法均勻分散到環(huán)氧樹脂當(dāng)中，制得樹脂體系。其中環(huán)氧樹脂、液體納米增強體、固化劑的重量份數(shù)之比70:20～40:20～40；c、使用纖維作為增強體，以b中得到的樹脂體系作為基體制備纖維復(fù)合材料，在烘箱中進行升溫固化制得成品。?

本發(fā)明一種高阻隔性纖維復(fù)合材料制備過程中，所述纖維為碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維的一種或幾種。?

本發(fā)明含具有反應(yīng)活性片狀納米填料的液體納米增強體制備過程中，所述片狀納米填料為石墨烯、蒙脫土、二維六方氮化硼的一種或幾種。?

本發(fā)明含具有反應(yīng)活性片狀納米填料的液體納米增強體制備過程中，所述具有反應(yīng)性端基的化合物為硅烷偶聯(lián)劑、氨基酸、丁基縮水甘油醚、有機羧酸的一種或幾種。?