[發明專利]芳綸纖維與環氧復合材料的制備方法及MXene改性處理液

有效

• 申請號: 201410198766.5
• 申請日: 2014-05-09
• 公開（公告）號: CN103992490B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發明（設計）人: 李翀;宋以國;吳濱;李文逸
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: C08J5/06
• 分類號: C08J5/06;C08L63/00;C08L77/10;D06M11/74;D06M11/58;D06M13/395;D06M13/432;D06M11/65;D06M11/13;D06M101/36
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技術領域

本發明涉及一種的是復合材料的制備方法，尤其涉及一種芳綸纖維/環氧復合材料的制備方法。本發明還涉及一種能提高芳綸纖維/環氧復合材料界面強韌性的MXene改性處理液。

背景技術

先進樹脂基復合材料具有比強度高、比剛度高，可設計性強，抗疲勞斷裂性能好，耐腐蝕，結構尺寸穩定性好以及特殊的電磁性能和吸波隱身作用，充分體現了集結構和功能于一身的鮮明特點。因此，廣泛應用于航空航天、船舶制造、化工、建筑、汽車制造等領域，同時也對制品的輕量化和功能化起到了至關重要的作用。芳綸纖維是四大高技術纖維之一。它具有高比模量、高比強度、耐疲勞等優異性能，在航天頂級發動機上得到廣泛應用。另外，芳綸纖維增強樹脂基復合材料還大量應用于體育用品、土木建筑、防彈裝置等領域，已成為當今世界用途最廣、產量最大、最有發展前途的高科技特種纖維。

在芳綸纖維增強樹脂基復合材料體系中，芳綸纖維起到了增強體的作用，樹脂基體起到了連接增強體和傳遞載荷的作用，而介于芳綸纖維與樹脂基體之間的界面層則起到了紐帶的作用，它是纖維增強體發揮有效作用的橋梁。當復合材料受到外部載荷作用的時候，基體將通過界面把載荷傳遞給纖維增強體，從而使芳綸纖維與基體形成一個有效發揮綜合性能的整體。若纖維與樹脂基體的粘結性不好，則樹脂不能將所承受的應力傳遞到纖維增強體上，而且還會導致復合材料內部裂紋萌生，致使材料性能劣化。

研究表明，芳綸纖維的主鏈上存在大量的苯環，沿軸向具有高的取向結晶，同時苯環的位阻效應也使得酰胺基團與其他原子或基團很難發生化學反應和其它作用。另外，芳綸纖維的表面因為缺少化學活性基團、表面粗糙度低等特點，造成芳綸纖維與樹脂基體的浸潤性差、界面粘結性低。芳綸纖維表面的惰性，造成了纖維本體與樹脂間的界面粘結效果不理想，極大地影響了芳綸纖維/樹脂復合材料優異性能的發揮。因此，必須選用適當的方法和具有優異性能的界面增強相對芳綸纖維的表面及其復合材料的界面進行處理，從而增加纖維與樹脂基體之間的結合強度，以提高芳綸纖維與環氧基體之間的界面粘結性能，獲得具有優良力學性能的芳綸纖維/環氧復合材料。

目前，針對芳綸纖維表面與界面改性的方法主要有偶聯劑改性、等離子體改性、涂層改性、酸堿刻蝕改性等。盡管對芳綸纖維的改性處理方法各不相同，但其目的都是通過改善纖維與基體間的結合狀態來提高復合材料的界面結合性能，進而提高復合材料的力學性能。但是，與碳纖維相比，對芳綸纖維表面改性的研究還不夠成熟、不成體系。尤其，缺少在芳綸纖維界面結構中引入多尺度界面增強相的研究。并且，有些改性處理方法對纖維損傷較大、形成的界面效果不理想，嚴重影響了芳綸纖維/環氧復合材料整體性能的提高，制約了芳綸纖維復合材料的發展與應用。

MXene(化學式Mn+1Xn，其中n＝1、2、3，M為過渡金屬元素鈦、鉭或鉻，X為碳或氮元素)是一種二維過渡納米薄片的新型晶體化合物。它是一種具有優異的電、磁、力學、潤滑性能的新型晶體物質。第一性原理的計算結果表明，MXene具有極高的彈性模量，它的彎曲強度要高于相同厚度石墨烯的強度。此外，MXene化合物具有極強的親水性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種節能環保、工藝簡單、成本低廉的芳綸纖維與環氧復合材料的制備方法。本發明的目的還在于提供一種能提高芳綸纖維與環氧復合材料界面的強韌性能，增加復合材料的整體力學性能的MXene改性處理液。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明的芳綸纖維與環氧復合材料的制備方法為：

(1)、將芳綸纖維浸泡在丙酮溶液中1-2小時；

(2)、將芳綸纖維浸泡在硝酸溶液中0.5-1小時，進行表面預處理；

(3)、用去離子水洗滌浸泡后的芳綸纖維，過濾后烘干；

(4)、將芳綸纖維浸泡在MXene改性處理液中，過濾后烘干；

(5)、將芳綸纖維與環氧樹脂制成纖維板，然后采用模壓固化方法使復合材料板固化成形。

所述MXene改性處理液的重量比組成為MXene化合物0.1-5份、丙酮15-25份、去離子水46-68份、異氰酸酯1-10份、尿素1-3份和硝酸1-2份。

所述MXene化合物為Ti3C2、Ti4N3、Ti2C、Ta4C3或Cr2C。

MXene化合物在使用前先進行氫氟酸化學修飾處理。

其中芳綸纖維包括各種類型的連續芳綸纖維和短切芳綸纖維。環氧樹脂包括各種牌號的雙酚A型環氧樹脂。