[發(fā)明專利]TOS改性碳纖維增強聚雙環(huán)戊二烯復合材料及制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111273048.6
• 申請日: 2021-10-29
• 公開（公告）號: CN116063823A
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何雪蓮;周飛;陳洪軍;奚軍;米瑩瑩;翁羽飛;蔣方紅;劉博倫;石夢琳
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石化上海石油化工股份有限公司
• 主分類號: C08L65/00
• 分類號: C08L65/00;C08K9/06;C08K7/06;C08J5/06;C08G61/08
• 代理公司: 上海恒慧知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

本發(fā)明提供了一種可聚合硅烷偶聯(lián)劑改性碳纖維層間增強聚雙環(huán)戊二烯復合材料的方法，是由降冰片烯基三乙氧基硅烷(TOS)改性碳纖維布，并與雙環(huán)戊二烯經(jīng)反應(yīng)注射成型工藝(RIM)共聚合而成，所述碳纖維為SM單向碳纖維布。本發(fā)明的TOS改性碳纖維增強聚雙環(huán)戊二烯復合材料，選擇用可聚合型硅烷偶聯(lián)劑TOS改性SM單向碳纖維布作為增強材料，并與雙環(huán)戊二烯在釕卡賓催化劑引發(fā)下共聚合成制成高強度復合材料。改性后的碳纖維布提高了聚雙環(huán)戊二烯復合材料的拉伸強度和彎曲強度，相比單純的碳纖維層間增強聚雙環(huán)戊二烯復合材料拉伸強度提高了60％，彎曲強度提高了62％。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種復合材料領(lǐng)域，具體地說，涉及可聚合硅烷偶聯(lián)劑降冰片烯基三乙氧基硅烷(TOS)改性碳纖維增強聚雙環(huán)戊二烯復合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

聚雙環(huán)戊二烯(Polydicyclopentadiene，簡稱PDCPD)是一類抗沖擊型熱固性工程塑料，它是由雙環(huán)戊二烯(Dicyclopendiene，簡稱DCPD)單體和催化劑，通過反應(yīng)注射成型(Reaction?Injection?Molding，簡稱RIM)工藝，進行開環(huán)易位聚合(Ring-OpeningMetathesis?Polymerization，簡稱ROMP)制備得到的。PDCPD由于具備比較優(yōu)異的力學和熱學性能被廣泛應(yīng)用在汽車配件、運動器材和家具外殼等領(lǐng)域。由于雙環(huán)戊二烯具備較低的粘度和較快的聚合速度，目前，在工業(yè)上，主要利用反應(yīng)注射成型工藝生產(chǎn)聚雙環(huán)戊二烯板材。

碳纖維布又稱碳素纖維布、碳纖布、碳纖維編織布、碳纖維預浸布、碳纖維加固布、碳布、碳纖維織物、碳纖維帶、碳纖維片材(預浸布)等。碳纖維加固布是一種單向碳纖維加固產(chǎn)品，通常采用12K碳纖維絲織造。碳纖維布用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗拉、抗剪和抗震加固，該材料與配套浸漬膠共同使用成為碳纖維復合材料，可構(gòu)成完整的碳纖維布片材增強體系，適用于處理建筑物使用荷載增加、工程使用功能改變、材料老化、混凝土強度等級低于設(shè)計值、結(jié)構(gòu)裂縫處理、惡劣環(huán)境服役構(gòu)件修繕、防護的加固工程。

如果要體現(xiàn)出碳纖維增強聚雙環(huán)戊二烯復合材料優(yōu)異的物理機械性能，碳纖維與聚雙環(huán)戊二烯具有良好的親和性是關(guān)鍵，而碳纖維表面的上漿劑一般為環(huán)氧類上漿劑，與聚雙環(huán)戊二烯親和性較差，載荷無法在樹脂與纖維之間良好傳遞，所制備的復合材料機械性能偏低。

現(xiàn)如今，關(guān)于聚雙環(huán)戊二烯/碳纖維復合材料的研究大多集中在改善界面結(jié)合質(zhì)量，但是相當多的表面處理方式效率偏低，成本偏高，無法滿足工業(yè)界的生產(chǎn)需求。此外，聚雙環(huán)戊二烯/碳纖維復合材料一般采用注射成型，有需求開展新的成型方式用于滿足不同的制件需求以及成本控制，因此，針對碳纖維進行改性，提升其與環(huán)戊二烯的結(jié)合強度，并利用一種新的低成本成型方式制備復合材料具有重要意義。

硅烷偶聯(lián)劑主要用于纖維增強塑料。硅烷偶聯(lián)劑的分子結(jié)構(gòu)式一般為Y-R-Si(OR)3(式中Y為有機官能基,SiOR為硅烷氧基)。硅烷氧基對無機物具有反應(yīng)性，有機官能基對有機物具有反應(yīng)性或相容性。因此,當硅烷偶聯(lián)劑介于無機和有機界面之間，可形成有機基體-硅烷偶聯(lián)劑-無機基體的結(jié)合層。通過硅烷偶聯(lián)劑將無機物與聚合物兩界面連結(jié)在一起，以獲得最佳的潤濕值與分散性。

可聚合硅烷偶聯(lián)劑降冰片烯基三乙氧基硅烷含有降冰片烯基，雙環(huán)戊二烯也含有降冰片烯基，因此硅烷偶聯(lián)劑能與雙環(huán)戊二烯在催化劑作用下發(fā)生共聚合反應(yīng)，另一方面，其極性基團與碳纖維布表面充分相容且與碳纖維表面的極性基團發(fā)生縮合反應(yīng)，可以明顯改善聚雙環(huán)戊二烯與碳纖維表面的界面相互作用，提高力學性能。

本發(fā)明的可聚合硅烷偶聯(lián)劑改性碳纖維增強聚雙環(huán)戊二烯復合材料，選擇降冰片烯基三乙氧基硅烷作為硅烷偶聯(lián)劑改性SM單向碳纖維布作為增強材料與雙環(huán)戊二烯共混聚合成復合材料，改性后的碳纖維布明顯提高了聚雙環(huán)戊二烯復合材料的拉伸強度和彎曲強度，相比單純的碳纖維層間增強聚雙環(huán)戊二烯復合材料拉伸強度提高了60％，彎曲強度提高了62％。另外，本發(fā)明的TOS改性碳纖維增強聚雙環(huán)戊二烯復合材料的制備方法操作簡單，易于實施，制備效率高。

發(fā)明內(nèi)容