[發明專利]一種碳纖維界面耐原子氧含磷涂層的制備方法

有效

• 申請號: 201410327000.2
• 申請日: 2014-07-10
• 公開（公告）號: CN104099785A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發明（設計）人: 賀金梅;王梓橋;黃玉東;趙丹;尉楓
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: D06M15/55
• 分類號: D06M15/55;D06M13/44;C07F9/53;D06M101/40
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技術領域

本發明涉及一種碳纖維抗原子氧涂層的制備方法。

背景技術

目前的低軌道空間復合材料多數不具有抗原子氧侵蝕的能力，在原子氧侵蝕基體后，就會侵蝕增強體碳纖維，這時候就需要保護碳纖維不受到原子氧的侵害，通過對碳纖維上漿涂層后，能夠改善材料的性能。但空間對涂層有很多要求：1、輕質及強韌；2、抗原子氧性能；3、抗遠紫外線（波長200-300）輻照；4、抗微小碎片撞擊；5、耐高低溫。

近年來，在低地球軌道空間環境下，主要應用含硅的涂層與原子氧反應失去有機成分形成二氧化硅。由于密度增加，涂層表面收縮，產生了一個微觀多孔結構，并不能阻止氧化。無機涂層具有脆性、熱膨脹系數的不匹配和原子氧侵蝕引起的表面外形的改變等缺點。

因此通過含苯磷氧結構的固化劑改性環氧樹脂上漿劑，上漿涂層與原子氧反應后變成聚磷酸酯表面層，阻止原子氧的侵蝕，成為了一條便捷而實在的途徑。????

發明內容

本發明的目的是提供一種碳纖維界面耐原子氧含磷涂層的制備方法，采用改性環氧樹脂溶液上漿劑的方法來制備碳纖維抗原子氧涂層，不僅能夠抗原子氧的侵蝕，還可以提高增強體與基體的粘結性。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一、合成雙（3-氨基苯基）苯基氧化膦：包括三苯基氧化膦的硝化和雙（3-硝基苯基）苯基氧化膦的催化還原兩個步驟。

（1）三苯基氧化膦硝化：向裝有電動攪拌器、恒壓滴液漏斗以及溫度計的容器中依次加入三苯基氧化膦與濃硫酸，恒壓滴液漏斗中裝入發煙硝酸與濃硫酸的混合物，控制三苯基氧化膦與發煙硝酸摩爾比1:2~3，反應在冰鹽浴的條件下進行，溫度控制在-5~-10℃，滴加混酸控制在2~3h，反應時間為8~12h。反應結束后，將反應液倒入帶有冰水混合物的容器中，待溫度降為室溫時，使用氯仿進行萃取，使用碳酸氫鈉或碳酸鈉水溶液調節pH值為中性，使用水洗2~5遍后，最后用旋轉蒸發儀旋蒸3~5h以除去氯仿溶劑得到粗產物，在50~80℃鼓風干燥箱中進行干燥，粗產物在無水乙醇中重結晶2~5次，得到雙（3-硝基苯基）苯基氧化膦。

本步驟中，所述容器中三苯基氧化膦與濃硫酸的重量比為1:10~15，恒壓滴液漏斗中發煙硝酸與濃硫酸的重量比為1:10~12，混酸與容器中的溶液體積比為1：2~2.5。

（2）雙（3-硝基苯基）苯基氧化膦的催化還原：向裝有電動攪拌器、恒壓滴液漏斗以及溫度計的容器中依次加入雙（3-硝基苯基）苯基氧化膦、溶劑、催化劑和還原劑，在氮氣或氬氣或氦氣的氣氛中攪拌，升溫50~100℃，反應12~24小時，通過旋轉蒸發儀蒸干溶劑，得到粗產物，在80~100℃下干燥。粗產物通過水/乙醇進行重結晶提純產物2~5次，得到產物雙（3-氨基苯基）苯基氧化膦。

本步驟中，所述溶劑為無水乙醇或者是體積比為1:1的水和無水乙醇混合液；所述催化劑為Pd/C催化劑或者FeCl₃催化劑；所述還原劑為質量分數為80%水合肼或者鹽酸。（Pd/C催化劑和水合肼暫時還沒有應用到雙（3-氨基苯基）苯基氧化膦合成中）

本步驟中，所述雙（3-硝基苯基）苯基氧化膦和溶劑的重量比為1:10~15，催化劑與雙（3-硝基苯基）苯基氧化膦的重量比1:30~60，還原劑與雙（3-硝基苯基）苯基氧化膦重量比2~5：1。

二、將環氧樹脂與雙（3-氨基苯基）苯基氧化膦混合物溶解在丙酮溶劑中配制上漿劑，對裸纖維進行上漿涂覆處理。

本步驟中，所述丙酮與環氧樹脂和雙（3-氨基苯基）苯基氧化膦的質量比為100~20:1；環氧樹脂與雙（3-氨基苯基）苯基氧化膦重量比為1:0.2~0.4。

本步驟中，所述上漿涂覆處理的具體步驟如下：將上漿劑置于膠槽中，然后將裸纖維置于膠槽中浸漬5~10min，在電機的牽引下進行擠膠，控制電機的速度為1~2cm/s，最后纏繞到鐵框上，然后將碳纖維取出，放入鼓風干燥箱中80~100℃烘干1h，150℃1h。

本發明具有以下有益效果：

1、本發明提供的碳纖維界面耐原子氧含磷上漿涂層的制備方法，在空間遭遇原子氧的侵蝕時，會在表面形成磷酸酯層，從而保護碳纖維表面受到原子氧的侵蝕。

2、該碳纖維界面涂層具有較高的耐原子氧性能以及提高與環氧樹脂的粘接性能。

3、本發明工藝生產條件簡單，后處理過程簡便。

附圖說明

圖1為合成雙（3-氨基苯基）苯基氧化膦示意圖；

圖2為雙（3-氨基苯基）苯基氧化膦紅外光譜圖。