一种玻璃纤维浸润剂组合物、制备方法及应用技术

本发明专利技术提供一种玻璃纤维浸润剂组合物，所述玻璃纤维浸润剂组合物包括碳纳米材料、分散剂、聚合物乳液、偶联剂和溶剂，其质量比为：（0.05-3）∶（0.025-4）∶（0.15-5）∶（0.05-1.25）∶（8-49）；该浸润剂组合物具有良好的稳定性，通过在玻璃纤维表面涂覆该浸润剂组合物实现碳纳米材料在纤维表面的沉积，不会损害玻璃纤维和碳纳米材料的性能的同时，能够有效改善玻璃纤维及其复合材料的机械和导热性能。

【技术实现步骤摘要】
—种玻璃纤维浸润剂组合物、制备方法及应用
本专利技术属于复合材料
，涉及一种玻璃纤维浸润剂组合物、制备方法及其应用。具体讲，将该浸润剂组合物涂覆于玻璃纤维，能够有效改善玻璃纤维及其复合材料的导热和机械性能。
技术介绍
玻璃纤维具有机械强度高、绝缘性好、耐热性强、抗蚀性好的优点，广泛的应用于树脂基复合材料的增强。由于玻璃纤维的表面活性小，因此在作为复合材料增强体时，往往存在与基体树脂匹配性差，界面相互作用弱的缺点。而界面是复合材料极为重要的微观结构，它作为增强体与基体的连接“桥梁”，对复合材料的物理机械性能有至关重要的影响。因此改善玻璃纤维和基体树脂的匹配性，形成性能优异的界面层，才能充分发挥玻璃纤维的增强作用，达到提高复合材料综合性能的目的。通过对玻璃纤维进行表面处理是提高纤维与树脂界面匹配性的有效途径。目前，对于玻璃纤维的表面处理主要采用在纤维表面涂覆合适的高分子成膜剂和偶联剂的方法，其主要目的是借助成膜剂和偶联剂在纤维表面形成涂层来改善纤维与基体树脂的相容性和桥连作用。近年来，随着纳米材料制备技术的日趋成熟，纳米材料增强复合材料技术得到快速发展。与传统的微米材料相比，纳米材料具有尺寸小、比表面积大的特点，在基体树脂中添加少量的纳米填料就能够达到较好的增强效果，而碳纳米材料，如碳纳米管、炭黑、纳米碳纤维、石墨烯等，具有优异力学和导热性能，已成为复合材料领域的研究热点。由于碳纳米材料存在易团聚、难分散的问题，单独使用碳纳米材料改性基体树脂的增强效果并不理想，因此研究人员开始采用以碳纳米材料与玻璃纤维复配为填料的方法对基体树脂进行增强改性，研究发现:如向体系中引入碳纳米管，与单纯以玻璃纤维为填料增强基体树脂相比较，能够有效改善玻璃纤维增强复合材料的韧性、界面剪切强度，这主要是由于复合材料结构受到破坏时，纳米材料能够有效的抑制体系中的裂纹生成与扩展。目前对于以玻璃纤维与碳纳米材料复配为填料 对基体树脂进行改性的研究，多常采用直接向基体树脂中加入玻璃纤维和碳纳米材料的方法，由于树脂粘度高，因此碳纳米材料存在分散困难的问题。而用碳纳米材料对玻璃纤维表面改性后再对基体树脂进行改性的方法，主要采用化学处理的方法，包括碳纳米材料在纤维表面的化学气相沉积(CN102199872A ；CN102333645A)和玻璃纤维表面的化学反应接枝(CN102212266A)两种工艺路线。但是，化学气相沉积所需的高温会导致玻璃纤维本身力学性能的降低，而化学反应接枝工艺相对繁琐，且对碳纳米材料进行氧化处理，将损坏碳纳米材料的自身性能。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种玻璃纤维浸润剂组合物，该浸润剂组合物具有良好的稳定性，通过在玻璃纤维表面涂覆该浸润剂组合物实现碳纳米材料在纤维表面的沉积，不会损害玻璃纤维和碳纳米材料的性能的同时，能够有效改善玻璃纤维及其复合材料的机械和导热性能。技术方案:一种玻璃纤维浸润剂组合物，其特征在于，所述玻璃纤维浸润剂组合物包括碳纳米材料、分散剂、聚合物乳液、偶联剂和溶剂，其质量比为:(0.05-3): (0.025-4):(0.15-5): (0.05-1.25): (8-49)。优选地，所述碳纳米材料、分散剂、聚合物乳液、偶联剂和溶剂的质量比为:(0.05-0.5): (0.025-0.2): (0.15-0.25): (0.05-0.15): (10-49)或(0.5-3):(0.2-4): (0.25-5): (0.15-1.25): (8-10)。进一步优选地，所述碳纳米材料、分散剂、聚合物乳液、偶联剂和溶剂的质量比为:(0.2-0.5): (0.1-0.2): (0.2-0.25): (0.1-0.15): (10-20)。所述碳纳米材料为碳纳米管、炭黑、纳米碳纤维、石墨烯中的一种或几种，所述碳纳米材料的粒径不大于lOOnm。所述分散剂为离子型分散剂和/或聚合物型分散剂。所述离子型分散剂为十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十二烷基硫酸钠(SDS)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)中的一种或全部；所述聚合物型分散剂为烷基酚聚氧乙烯醚、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙二醇(PEG)、聚丙烯酸(PAA)、聚乙烯醇(PVA)、聚氧乙烯-聚丙乙烯(PEO-PPO)嵌段共聚合物中的一种或几种。所述聚合物乳液为环氧树脂乳液、聚酯树脂乳液、聚氨酯乳液、聚乙烯或聚丙烯乳液、水溶性酚醛树脂乳液、硅烷类树脂乳液中的一种或几种。`所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸丁酯偶联剂或钛酸四异丙酯偶联剂。所述硅烷偶联剂为Y _氣基丙基二乙氧基硅烷(A-1100)、乙烯基二( β _甲氧乙氧基)硅烷(Α-172)、Y _ (2，3-环氧丙氧基)丙基二甲氧基硅烷(Α-187)、Y _ (甲基丙稀酸氧基)丙基二甲氧基硅烷(Α-174), Y-疏基丙基二甲氧基硅烷(Α-189)中一种或几种。所述溶剂为水、乙醇、异丙醇、丙酮、N-甲基吡咯烷酮、N, N-甲基甲酰胺、四氢呋喃、三氯甲烷中的一种或几种。上述玻璃纤维浸润剂组合物的制备方法，其特征在于:在碳纳米材料、分散剂、聚合物乳液和偶联剂中加入溶剂，混匀后得到含碳纳米材料的玻璃纤维浸润剂组合物。一种涂覆有浸润剂组合物的玻璃纤维，其特征在于，所述玻璃纤维表面涂覆有如权利要求1-8之一所述的玻璃纤维浸润剂组合物。上述涂覆的方法包括如下步骤:将所述玻璃纤维浸润剂组合物直接涂覆于玻璃纤维表面，于80°C -200°C下干燥，干燥后即得到所述涂覆有浸润剂组合物的玻璃纤维。一种复合材料，其特征在于，复合材料是由权利要求10或11所述的玻璃纤维和基体树脂熔融共混或真空辅助成型制备得到的复合材料。技术效果:本专利技术提供了一种含有碳纳米材料的玻璃纤维浸润剂组合物，将该浸润剂涂覆在玻璃纤维表面后，碳纳米材料在玻璃纤维表面沉积，避免了现有化学气相沉积工艺和化学反应接枝工艺的缺陷。其中的碳纳米材料选择粒径不大于IOOnm的,使得碳纳米材料保有纳米材料的特性。其中的分散剂选择离子型分散剂和/或聚合物型分散剂即可，起到分散碳纳米材料的作用。其中的聚合物乳液起到保护玻璃纤维、改善玻璃纤维在与基体树脂共混后的界面相容性的作用。其中的偶联剂优选为硅烷偶联剂，以改善玻璃纤维与基体树脂的界面相互作用。【附图说明】图la、lb涂覆有浸润剂组合物的玻璃纤维表面的扫描电子显微照片。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。制备玻璃纤维浸润剂组合物(实验1-实验6):实验1将0.20千克碳纳米管、0.20千克烷基酚聚氧乙烯醚、0.20千克的聚丙烯乳液和0.10千克Y -氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂与20.00千克水混合，通过机械搅拌获得玻璃纤维浸润剂组合物，搅拌器转速控制在500-15000rpm，搅拌时间为0.1-1Oh ；实验2将0.05千克纳米碳纤维、0.10千克聚乙二醇、0.25千克的聚氨酯乳液和0.15千克乙烯基三(β -甲氧乙氧基)硅烷偶联剂与10.00千克乙醇混合，通过机械搅拌获得玻璃纤维浸润剂组合物，搅拌器转速控制在500-15000rpm，搅拌时间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种玻璃纤维浸润剂组合物，其特征在于，所述玻璃纤维浸润剂组合物包括碳纳米材料、分散剂、聚合物乳液、偶联剂和溶剂，其质量比为：（0.05?3）∶（0.025?4）∶（0.15?5）∶（0.05?1.25）∶（8?49）。

【技术特征摘要】
1.一种玻璃纤维浸润剂组合物，其特征在于，所述玻璃纤维浸润剂组合物包括碳纳米材料、分散剂、聚合物乳液、偶联剂和溶剂，其质量比为:(0.05-3): (0.025-4):(0.15-5): (0.05-1.25): (8-49)。2.根据权利要求1所述的玻璃纤维浸润剂组合物，其特征在于，所述碳纳米材料、分散剂、聚合物乳液、偶联剂和溶剂的质量比为:(0.05-0.5): (0.025-0.2): (0.15-0.25):(0.05-0.15): (10-49)或(0.5-3): (0.2-4): (0.25-5): (0.15-1.25): (8-10)。3.根据权利要求1所述的玻璃纤维浸润剂组合物，其特征在于，所述碳纳米材料、分散剂、聚合物乳液、偶联剂和溶剂的质量比为:(0.2-0.5): (0.1-0.2): (0.2-0.25):(0.1-0.15): (10-20)。4.根据权利要求1-3之一所述的玻璃纤维浸润剂组合物，其特征在于，所述碳纳米材料为碳纳米管、炭黑、纳米碳纤维、石墨烯中的一种或几种，所述碳纳米材料的粒径不大于IOOnm ;或所述分散剂为离子型分散剂和/或聚合物型分散剂；或所述聚合物乳液为环氧树脂乳液、聚酯树脂乳液、聚氨酯乳液、聚乙烯或聚丙烯乳液、水溶性酚醛树脂乳液、硅烷类树脂乳液中的一种或几种；或所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸丁酯偶联剂或钛酸四异丙酯偶联剂；所述溶剂为水、乙醇、异丙醇、丙酮、N-甲基吡咯烷酮、N，N-甲基甲酰胺、四氢呋喃、三氯甲烷中的一种或几种。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭珂，任冬友，
申请(专利权)人：重庆国际复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：