[發明專利]聚苯硫醚線型低聚物接枝改性碳纖維及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202011060634.8
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN114318878A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 徐海兵;祝穎丹;邢開
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: D06M15/63
• 分類號: D06M15/63;D06M13/513;D06M11/64;C08J5/06;C08L81/02;C08K9/04;C08K7/06;D06M101/40
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 劉誠午

本發明公開了一種聚苯硫醚線型低聚物接枝改性碳纖維及其制備方法和應用，所述制備方法采用帶有C＝C不飽和雙鍵的硅烷偶聯劑處理碳纖維表面，將不飽和C＝C雙鍵引入碳纖維表面，進一步基于“巰基?烯”點擊化學反應，將特定分子量的帶有巰基的LPS低聚物接枝到CF表面。本發明制備方法具有簡單、高效、快速、高選擇性、后處理簡單等優點。本發明基于“巰基?烯”點擊化學反應，將PPS工業中帶有巰端基(?SH)的聚苯硫醚線型低聚物(LPS)副產廢物接枝到碳纖維表面，有效改善了聚苯硫醚(PPS)樹脂基體與碳纖維的的界面相容性，使得界面粘結性能得到明顯提升，同時解決了PPS工業低聚物廢料高值化再利用的難題。

技術領域

本發明涉及改性碳纖維材料技術領域，具體涉及一種聚苯硫醚線型低聚物接枝改性碳纖維及其制備方法和應用。

背景技術

為了解決CF/PPS(碳纖維/聚苯硫醚)復合材料的界面問題，商業化生產中通常使用上漿劑處理碳纖維。然而，目前商用碳纖維上漿劑主要針對環氧樹脂等熱固性基體開發，與PPS樹脂基體不匹配。而且，在這些商業化的熱固性上漿劑，熱穩定性較差，在CF/PPS復合材料的加工溫度下，會發生分解，進一步弱化復合材料的界面性能。化學接枝改性法同樣是復合材料表界面改性的常用方法，而目前常用于接枝改性的原位逐步聚合反應條件苛刻、過程繁瑣，不利于實際應用。

硅烷偶聯劑對碳纖維表面進行修飾以提高纖維-樹脂的界面結合力是本領域較為普遍采用的一種方法。例如，景鵬展等人進行了基于碳纖維表面修飾制備碳纖維織物增強聚苯硫醚(CFF/PPS)熱塑性復合材料的研究，發現采用硅烷偶聯劑KH570作為表面修飾劑可提高最終產物CFF/PPS復合材料的層間剪切強度(《材料工程》，第44卷第3期，2016年，第21-27頁)。

另外，聚苯硫醚生產工業領域中通常會產生聚苯硫醚線型低聚物(LPS低聚物)，這些低聚物廢料難以有效利用，造成生產中的浪費。

發明內容

針對本領域存在的不足之處，本發明提供了一種聚苯硫醚線型低聚物接枝改性碳纖維的制備方法，采用帶有C＝C不飽和雙鍵的硅烷偶聯劑處理碳纖維表面，將不飽和C＝C雙鍵引入碳纖維表面，進一步基于“巰基-烯”點擊化學反應，將特定分子量的帶有巰基的LPS低聚物接枝到CF表面，其結構示意如圖1所示。本發明制備方法首次創造性地將“巰基-烯”點擊化學反應應用于碳纖維表面化學接枝改性，該方法具有簡單、高效、快速、高選擇性、后處理簡單等優點。本發明基于“巰基-烯”點擊化學反應，將PPS工業中帶有巰端基(-SH)的聚苯硫醚線型低聚物(LPS)副產廢物接枝到碳纖維表面，有效改善了聚苯硫醚(PPS)樹脂基體與碳纖維的的界面相容性，使得界面粘結性能得到明顯提升，同時解決了PPS工業低聚物廢料高值化再利用的難題。

一種聚苯硫醚線型低聚物接枝改性碳纖維的制備方法，包括步驟：

(1)60～120℃下，將商業碳纖維經丙酮回流抽提除去表面上漿劑，脫漿后的碳纖維用HNO₃濃度不小于60wt％的濃硝酸氧化處理，然后經洗滌、真空干燥，得到表面氧化碳纖維；

(2)將所得表面氧化碳纖維和硅烷偶聯劑水溶液混合，并在20～100℃下進行表面處理，然后經洗滌、真空干燥，得到表面接枝硅烷偶聯劑的碳纖維；

所述硅烷偶聯劑水溶液中的硅烷偶聯劑帶有C＝C不飽和雙鍵；

(3)將所得表面接枝硅烷偶聯劑的碳纖維和催化劑加入聚苯硫醚線型低聚物有機溶液中進行“巰基-烯”點擊化學反應，在紫外光照射下反應5～120min，所得產物經洗滌、真空烘干，得到聚苯硫醚線型低聚物接枝改性碳纖維；

所述聚苯硫醚線型低聚物有機溶液中的聚苯硫醚線型低聚物分子量在5000以下。