[發明專利]一種提高芳綸纖維與環氧樹脂界面性能改性方法

在審

• 申請號: 202010914126.5
• 申請日: 2020-09-03
• 公開（公告）號: CN112012001A
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 李翠玉;蘇瑞;李曉雨
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: D06M11/44
• 分類號: D06M11/44;D06M11/79;D06M15/55;C08J5/06;C08L63/00;C08L77/10;D06M101/36
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本發明針對芳綸纖維與環氧樹脂界面粘結性差的問題，公開了一種提高芳綸纖維與環氧樹脂界面性能改性方法。本方法采用溶膠?凝膠法制備SiO₂包覆ZnO與環氧樹脂復合溶膠對纖維進行表面涂層改性，該涂層在纖維表面形成一層SiO₂包覆ZnO核殼結構無機顆粒，提高了纖維表面粗糙度，從而增加纖維與樹脂之間的粘結力。通過對纖維進行單絲強力測試和界面剪切測試結果表明，與未改性的纖維相比，改性后的芳綸纖維斷裂強度增加了21.23％，其與環氧樹脂IFSS了提高38.26％。且該改性方法處理后的纖維拉伸強度有一定增大，與環氧樹脂的界面性能顯著提高，一定程度上改善了其制備的復合材料的綜合性能，在汽車、軍事、建筑產業等各個領域，具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及芳綸纖維與環氧樹脂界面改性領域，具體涉及一種改性芳綸纖維表面涂層的制備方法。

背景技術

芳綸纖維由于高強度、高模量、密度低而被廣泛應用于制造先進復合材料。以其為增強體制備的復合材料已成為航空航天、汽車、體育用品等行業的主導材料。然而，芳綸纖維最嚴重的缺點之一是纖維結晶度高，表面缺乏極性基團和活性，使其化學惰性和微觀光滑，從而阻礙了與大多數基體的化學和機械結合。因此當芳綸纖維作為增強體的紡織復合材料受外力作用時，復合材料易分層，基體開裂，纖維斷裂，因此對芳綸纖維表面進行改性處理，改善纖維表面性能，提高其與環氧樹脂的界面結合性能顯得尤為重要。

根據最近幾年的研究，核/殼結構納米材料的發展得到了廣泛的考慮。其中，外殼可以改變表面的電荷以及功能和反應性，或增強芯材的穩定性和分散能力。總的來說，核/殼結構材料的合成，其目的是獲得一種新的復合材料，其核材和殼材之間具有協同或互補的行為。其中SiO₂是研究最多的殼體候選材料之一，它具有高穩定性、高耐熱性和優異的力學性能，且制備相對容易，與其他不同材料的相容性好。

為了改善納米粒子的均勻分散性，許多的研究集中在納米粒子的表面修飾或者將無機納米填料并入有機基質的方法。在這些方法中，溶膠-凝膠法被發現具有最佳的性能。該工藝結合了無機材料(如剛性和熱穩定性)和有機聚合物(如柔韌性、介電性能、延展性和可加工性)的優點。因此，溶膠-凝膠工藝在先進功能材料的開發中發揮了重要作用。

本專利基于用溶膠-凝膠法形成SiO₂殼體包覆氧化鋅納米顆粒(ZnO NP)，并將其加入環氧樹脂中形成復合涂層改性溶膠，通過復合溶膠對芳綸纖維進行表面涂層，然后對其進行單絲強力測試和界面剪切性能測試，提供一種較簡單的改性方式。該方法在不對芳綸纖維本體進行破壞的前提下，在纖維表面形成納米粒子網狀結構，增加纖維表面粗糙度，從而提高其與環氧樹脂的界面結合性能，較為簡單的實現對其復合材料界面性能，亦可為復合材料的力學性能的基礎進行后續的分析研究。

發明內容

本發明針對芳綸纖維表面化學惰性和微觀光滑，制備的復合材料收到外力作用時易發生分層，基體開裂，纖維斷裂，現公開一種芳綸纖維表面涂層改性的方法。主要是在纖維表面形成無機粒子涂層，在不影響纖維本體強度的前提下增加纖維表面粗燥程度，從而增加纖維與樹脂之間的粘結力，提高其復合材料力學性能。

本發明的技術方案是：一種提高芳綸纖維與環氧樹脂界面性能改性方法。首先采用溶膠-凝膠法制備SiO₂包覆ZnO形成無機粒子溶膠。其次，用KH-550改性環氧樹脂形成改性環氧樹脂，與上述溶膠混合均勻，得到所述復合改性溶膠。最后，將經丙酮清洗過的芳綸纖維在復合溶膠中浸漬10min，然后在恒壓下用墊干法擠壓至100％濕提。樣品在60℃下干燥5分鐘，然后在100℃下固化2分鐘，得到表面涂層改性的芳綸纖維。