[發明專利]一種增強芳綸纖維和環氧樹脂粘結性的方法

在審

• 申請號: 201711263543.2
• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN107724077A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 李翠玉;張蕊;李丹花;王高攀;石亞蒙
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: D06M13/513
• 分類號: D06M13/513;D06M11/13;D06M13/127;D06M101/36
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技術領域

本發明涉及一種增強芳綸纖維和環氧樹脂粘結性的方法，屬于纖維增強復合材料領域。

背景技術

芳綸纖維具有高強度、高模量、低密度、穩定性好、耐腐蝕等優異性能，已被廣泛應用于航空、航天、汽車、機械、軍事、電子電氣、石化等各個領域。但纖維表面光滑、與橡膠粘結性不好，限制了它的使用。因此，對纖維表面進行改性處理，提高其與基體的結合能力顯得尤為重要。

目前，芳綸纖維改性方法按原理可以分為3種：化學改性、物理改性、表面涂層改性。

化學改性多采用試劑刻蝕的方法，此方法一方面反應速率不好控制，極易損傷纖維，降低纖維的本體強度，使復合材料的抗拉強度降低；另一方面由于所用試劑一般都有腐蝕性，對實驗條件要求較高，對環境也會產生污染，因而該處理方法使用范圍相對有限。

物理改性有等離子體技術、高能射線輻射和超聲波處理等方法，這些方法相對較環保，處理工藝簡單，效率高且安全，但也容易使纖維本體受到一定程度的破壞。等離子體主要利用空氣、氮氣、氧氣或者氨氣等為反應氣體，通過等離子體處理形成電漿，對纖維表面形成刻蝕和接枝反應，但是該方法會破壞纖維表面完整性，同時存在活性退化效果，且對設備和操作環境要求比較高。

表面涂層改性同樣簡單可行，但涂層和纖維只是物理性的結合，與材料共混時還存在一定的缺陷。

本發明采用了丙酮預處理，Licl乙醇溶液和硅烷偶聯劑處理結合的方法，使纖維表面粗糙，表面能增加并且表面基團增加。在接觸角測試和纖維的抽拔試驗之后，證實改方法對于芳綸和環氧樹脂的粘結力有了很大的提高，未來在復合材料領域將會有廣泛的前景。

發明內容

本發明的目的是提供了一種新型的方法來改善芳綸和環氧樹脂的界面性能。為了實現本發明的目的，發明人通過大量的實驗研究與不斷探索，最終獲得如下技術方案：

一種增強芳綸纖維和環氧樹脂粘結性的方法有以下步驟：

(1)將芳綸纖維在丙酮溶液中進行預處理，去除纖維表面的雜質，用去離子水反復清洗，60℃烘干備用；

(2)用一定濃度Licl乙醇溶液處理3.5小時后，用去離子水反復清理，60℃烘干。

(3)將處理后的芳綸放入一定濃度的KH560乙醇溶液中，在45℃下超聲處理2小時，處理完畢后用去離子水清洗，60℃烘干。

(4)測試纖維改性后的強力以及改性后纖維在樹脂中的抽拔力。

優選的Licl乙醇溶液濃度為6.5wt％。

優選的KH560乙醇溶液濃度為5wt％。

所述的樹脂是環氧樹脂GCC-135，固化劑為GCC-137固化劑。

本發明的芳綸纖維改性后與未改性芳綸纖維相比，粘結力提高43.5％，使后續復合材料性能更優。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明做進一步詳細描述。

實施例1

(1)纖維改性處理

將芳綸纖維在丙酮溶液中浸泡3小時，用去離子水反復清洗，在干燥箱內60℃烘干，密封備用。將預處理的纖維分別放入質量濃度為0wt％、4.5wt％、6.5wt％、8.5wt％、10wt％的Licl乙醇溶液中，浸泡3.5小時，用去離子水反復清洗，在干燥箱內60℃烘干，備用。將上述處理纖維放入0wt％的KH560乙醇溶液中，在45℃下超聲處理2小時，60℃干燥箱內烘干。

(2)纖維在樹脂中的拔出實驗

按照環氧樹脂GCC-135∶固化劑GCC-137＝100∶30的比例配置樹脂，將其注入纖維抽拔裝置，測試抽拔力。

(3)纖維的接觸角測試

用去離子水測試處理后纖維的接觸角。(由于纖維在樹脂中未抽拔出來，纖維斷裂，所測試的力為纖維的斷裂強力，證明纖維處理后強力下降嚴重，不可能出現最優情況。因此，未對其接觸角進行測試。)

(4)纖維強力測試

使用萬能強力機測試纖維的強力，5組取平均值。

表1為纖維抽拔力和接觸角測試結果

實施例2

(1)纖維改性處理

將芳綸纖維在丙酮溶液中浸泡3小時，用去離子水反復清洗，在干燥箱內60℃烘干，密封備用。將預處理的纖維分別放入質量濃度為0wt％、4.5wt％、6.5wt％、8.5wt％、10wt％的Licl乙醇溶液中，浸泡3.5小時，用去離子水反復清洗，在干燥箱內60℃烘干，備用。將上述處理纖維放入4wt％的KH560乙醇溶液中，在45℃下超聲處理2小時，60℃干燥箱內烘干。