[發(fā)明專利]一種填充增強用表面改性纖維及其制備方法、纖維增強復(fù)合材料

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911214923.6
• 申請日: 2019-12-02
• 公開（公告）號: CN110983775B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 赫玉欣;陳秋宇;吳東陽;周夢陽;陸昶;姚大虎;高喜平;王曉;余志強
• 申請（專利權(quán)）人: 威海藍科復(fù)合材料科技有限公司
• 主分類號: D06M15/333
• 分類號: D06M15/333;D06M11/74;C08J5/06;C08J5/08;C08K9/04;C08K9/02;C08K7/14;C08K7/06;C03C25/47;C03C25/44;C03C25/28;D06M101/40;C08L75/04
• 代理公司: 杭州君和專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33442
• 代理人: 包雪雷

本發(fā)明屬于復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種填充增強用表面改性纖維及其制備方法、纖維增強復(fù)合材料。該填充增強用表面改性纖維由纖維本體和負載于纖維本體表面上的雜化涂層構(gòu)成，雜化涂層由聚乙烯醇基體和分散在聚乙烯醇基體中的碳基納米材料組成，雜化涂層中聚乙烯醇與碳基納米材料的質(zhì)量比為(0.5～5)：(0.1～5)。本發(fā)明的填充增強用表面改性纖維能夠增大纖維表面的表面粗糙度與表面能，在制備纖維增強復(fù)合材料時，能夠提高纖維與基體的復(fù)合效果，增加界面層密度，提高復(fù)合強度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種填充增強用表面改性纖維及其制備方法、纖維增強復(fù)合材料。

背景技術(shù)

纖維增強復(fù)合材料是以纖維為增強劑增強各種基體的復(fù)合材料，能夠克服單一材料的缺點，滿足實際使用需求。但是纖維與基體較弱的界面結(jié)合力，限制了纖維高性能的發(fā)揮，使復(fù)合材料表現(xiàn)出極低的抗剪強度。為了提高復(fù)合材料的綜合力學性能，拓展纖維復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域，常對纖維表面進行改性，以提高纖維與基體的界面結(jié)合力。

纖維表面改性通常是改變纖維表面的比表面積和表面極性，改善其與基體的相容性，從而改善界面性能，提高復(fù)合材料的層間剪切力。目前對纖維表面改性的方法主要有：(1)涂層法；(2)等離子體處理法；(3)表面氧化法；(4)表面接枝法；(5)電化學沉積法等。這些方法都能改善復(fù)合材料界面性能，但是均需要對纖維進行去漿化和預(yù)氧化等預(yù)處理，如申請公布號為CN104591551A的中國發(fā)明專利申請公開的石墨烯包覆玻璃纖維復(fù)合材料的制備方法，需要預(yù)先對玻璃纖維用丙酮、鹽酸洗滌，去除纖維表面的上漿劑，該改性工藝對纖維原絲的力學性能有一定程度的破壞，纖維表面改性的效果不理想，與基體復(fù)合后材料的抗剪切性能較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種填充增強用表面改性纖維，以解決改性后的纖維與基體復(fù)合效果差的問題。

本發(fā)明的另一個目的是提供一種填充增強用表面改性纖維的制備方法，以解決現(xiàn)有的纖維表面改性方法對纖維原絲的力學性能有破壞的問題。

本發(fā)明的第三個目的是提供一種纖維增強復(fù)合材料，以解決現(xiàn)有纖維復(fù)合材料的抗剪強度不高的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種填充增強用表面改性纖維的技術(shù)方案具體為：

一種填充增強用表面改性纖維，由纖維本體和負載于纖維本體表面上的雜化涂層構(gòu)成，所述雜化涂層由聚乙烯醇基體和分散在聚乙烯醇基體中的碳基納米材料組成，所述碳基納米材料為氧化石墨烯、氧化碳納米管中的至少一種，所述雜化涂層中聚乙烯醇與碳基納米材料的質(zhì)量比為(0.5～5)：(0.1～5)。

本發(fā)明的填充增強用表面改性纖維，纖維本體表面負載由聚乙烯醇和碳基納米材料組成的雜化涂層，聚乙烯醇含有大量的羥基，碳基納米材料通過氧化在其表面引入大量的極性含氧基團，能夠與纖維本體表面的上漿劑中的含氧官能團(羥基、羧基、環(huán)氧基)發(fā)生化學反應(yīng)或形成氫鍵作用，并參與到復(fù)合材料成型過程中與樹脂基體的固化反應(yīng)中，形成強相互作用力、多相、多層次的界面結(jié)構(gòu)，并且將碳基納米材料氧化其含有含氧官能團，則更有助于其均勻分散于聚乙烯醇溶液中、更有助于增強界面結(jié)合力，碳基納米材料的加入在改善纖維表面性能的同時，其本身優(yōu)異的力學性能可以增強界面強度，能夠阻止復(fù)合材料在受到力的作用后所產(chǎn)生裂紋的生長進而降低復(fù)合材料的缺陷。

本發(fā)明的填充增強用表面改性纖維能夠增大纖維本體的表面粗糙度與表面能，在制備纖維增強復(fù)合材料時，有利于形成纖維與樹脂間良好的浸潤性和機械嵌接或嚙合力，能夠提高纖維與基體的復(fù)合效果，增加界面層密度，提高復(fù)合強度。由本發(fā)明的填充增強用表面改性纖維制備的纖維與基體制備的纖維增強復(fù)合材料與未改性的纖維所制備的混雜纖維復(fù)合材料相比，復(fù)合材料的層間剪切強度最大能夠提高49％。

為提高碳基納米材料在聚乙烯醇基體中的分散均勻程度，碳基納米材料的粒徑為3～15nm。

為使纖維本體的表面與混合液充分接觸，纖維本體具體選用纖維無捻紗。