一种应用于PBO纤维表面的涂层材料及涂层制备方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于PBO纤维表面的涂层材料，包括紫外光吸收剂、十七氟癸基三甲氧基硅烷、有机硅改性环氧树脂、固化剂和有机溶剂。此外，本发明专利技术也公开了一种涂层材料的应用方法。该涂层是采用紫外光吸收剂、十七氟癸基三甲氧基硅烷与异丙醇混合溶液及有机硅改性环氧树脂溶液混合制成。经该涂层处理后的PBO纤维的抗紫外光性能有了较大的改善，经400小时加速老化后，纤维强度保留率提高了50％；此外，PBO纤维的疏水性也得到了极大地提高，其水接触角可达130°～140°。PBO纤维经该涂层处理后，其使用寿命和防水性能大大增加。

Coating material applied to PBO fiber surface and preparation method of coating

The invention discloses a coating material applied to the surface of PBO fiber, comprising an ultraviolet absorber, seventeen fluorine decyl trimethyl silane, an organic silicon modified epoxy resin, a curing agent and an organic solvent. In addition, the invention also discloses an application method of coating material. The coating is made by mixing an ultraviolet absorber, a seventeen fluorine decyl trimethyl silane with a isopropyl alcohol mixed solution and an organosilicon modified epoxy resin solution. The UV resistant performance of the coating treated PBO fiber have been greatly improved, after 400 hours after accelerated aging, fiber strength retention rate increased by 50%; in addition, the hydrophobic PBO fiber has also been greatly improved, the water contact angle up to 130 degrees to 140 degrees. When the PBO fiber is treated with this coating, its service life and waterproof performance are greatly increased.

【技术实现步骤摘要】
一种应用于PBO纤维表面的涂层材料及涂层制备方法
本专利技术涉及一种应用于PBO纤维表面的涂层材料及涂层制备方法，属于功能聚合物复合材料领域。
技术介绍
PBO纤维是一种高强度、高模量的合成纤维，其耐热、耐化学性以及抗拉抗压性能都十分优良，被誉为“21世纪的超级纤维”。但是，PBO纤维在光照下极易老化，纤维强度大幅度下降，使得PBO纤维的使用寿命短、成本高，这一缺点使得PBO纤维在应用上受到严重限制。改善PBO纤维的抗紫外光性能，是PBO纤维在航天航空、军工领域以及日常生活中广泛应用的基本要求。目前对PBO纤维抗紫外光的研究主要采用无机纳米粒子对PBO纤维进行表面改性(中国专利：201410076746.0；中国专利：201210175120.6)。常用的纳米粒子有纳米二氧化钛、纳米二氧化硅以及纳米二氧化锌等。经处理后的PBO纤维表面的纳米粒子层可吸收或反射一部分照射到纤维表面的紫外光，从而减少PBO纤维与紫外光线的接触。虽然涂覆纳米粒子对PBO纤维的抗紫外光性能有一定的提高，但效果仍然不是非常理想。这是因为纳米粒子对纤维的遮盖作用并不完全，为了能更好地保护PBO纤维不受紫外光线的照射，需要制备能够均匀完整覆盖PBO纤维整个表面的涂层，从而有效地保护PBO纤维不受到紫外光线的照射。另外，公开号为CN104761897A的中国专利文献还公开了一种改性PBO纤维/氰酸酯树脂透波复合材料，包括100质量份氰酸酯树脂、5～10质量份环氧树脂、0.8～1.2质量份二月桂酸二丁基锡、130～140质量份改性PBO纤维和100～120质量份丙酮。公开号为CN102808325A本专利技术涉及一种PBO纤维的表面改性方法，采用二次活化法对PBO纤维进行改性，以降低对纤维的损伤并提高改性效果。即首先利用双氧水和酶对PBO进行预处理，在其表面引入活性羟基，再与偶联剂缩合，在其表面引入不同的活性官能团，以适应不同热固性树脂的需要，达到改善纤维与树脂间的界面结合性能的目的。现有的PBO纤维表面改性还存在纤维强度下降快，使用寿命短等技术问题。
技术实现思路
针对PBO纤维在紫外光照射下，纤维强度下降得非常快，使得PBO纤维的使用寿命短，成本高这一缺点，本专利技术公开了一种应用于PBO纤维表面的涂层材料，旨在延长PBO纤维的使用寿命，提升PBO纤维断裂强度保留率。另外，本专利技术还提供了一种所述的PBO纤维表面的涂层材料的应用方法，也即是所述的PBO纤维表面的涂层的制备方法；旨在简化制备工艺，且提升PBO纤维抗老化性能。一种应用于PBO纤维表面的涂层材料，包括紫外光吸收剂、十七氟癸基三甲氧基硅烷、有机硅改性环氧树脂、固化剂和有机溶剂。本专利技术人发现，所述的组分应用至PBO纤维中，具有良好的协同效果，可有助于协同提升PBO纤维的使用寿命和断裂强度保留率。本专利技术人还发现，将各组分的重量百分比控制在合适的范围内，有助于进一步提升各组分的协同效果，进而进一步延长PBO纤维的使用寿命，提升PBO纤维断裂强度保留率。通过大量研究发现，以涂层材料重量为基准，各组分的重量百分数为：作为优选，所述的紫外光吸收剂为紫外光吸收剂UV-328、UV-284、UV-531、UV-326中的至少一种。进一步优选，所述的紫外光吸收剂为紫外光吸收剂UV-328。通过研究发现，采用UV-328，和其他组分的协同效果更优异，效果更优异。本专利技术通过所述的紫外光吸收剂UV-328、十七氟癸基三甲氧基硅烷以及有机硅改性环氧树脂的协同，使改性处理后的PBO纤维具有优异的耐紫外光性能，同时有高的疏水性能以及耐候性。本专利技术人研究发现，所述的紫外光吸收剂为紫外光吸收剂UV-328；且优选的重量百分数为2.3～4.5％。作为优选，所述的有机硅改性环氧树脂的环氧值为0.03～0.08。所述的涂层材料中，所述的有机硅改性环氧树脂的重量百分数为13.0～13.7％。作为优选，所述的固化剂为低聚聚酰胺。作为优选，所述的低聚聚酰胺的分子量为200～651。进一步优选，所述的固化剂为聚酰胺200、聚酰胺400、聚酰胺650、聚酰胺651中的至少一种。理论上，可溶解本专利技术各物料的溶剂均可应用至本专利技术中。作为优选，所述的有机溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸异丙酯、异丙醇中的至少一种。本专利技术中，作为优选，十七氟癸基三甲氧基硅烷预先采用溶剂稀释，所述的溶剂为异丙醇。进一步优选，所述的涂层材料，包括以下质量百分比组分组成：紫外光吸收剂(UV-328)2.3～4.5％；十七氟癸基三甲氧基硅烷及异丙醇溶液13.0～13.7％；其中，十七氟癸基三甲氧基硅烷与异丙醇的质量比为0.40～0.50：12.5～12.59；有机硅改性环氧树脂13.0～13.7％；固化剂1～2％；余量为乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸异丙酯中的至少一种。本专利技术所述的涂层材料，存储过程中，将固化剂和其他组分分开存储。例如，所述的涂层材料包括A组分和B组分；其中，A组分包括紫外光吸收剂、十七氟癸基三甲氧基硅烷、有机硅改性环氧树脂以及有机溶剂，所述的B组分为固化剂以及有机溶剂。本专利技术还公开了一种PBO纤维表面的涂层的制备方法，将PBO纤维浸泡在所述的涂层材料中，随后将浸泡后的PBO纤维固化形成所述的涂层。本专利技术中，在所述的各组分应用在PBO纤维上，具有明显的协同效果，可制得性能优异的PBO纤维涂层。另外，本专利技术方法简单，适用于工业大规模生产。作为优选，浸泡过程在超声辅助下进行。作为优选，浸泡过程的温度为50～80℃。作为优选，浸泡时间为10～30min。本专利技术中，作为优选，重复进行所述浸泡过程3～5次。作为优选，固化温度为60～80℃。作为优选，固化时间为2～5h。本专利技术还提供了一种优选的涂层制备方法，将紫外光吸收剂UV-328和十七氟癸基三甲氧基硅烷均匀混合于环氧树脂的乙酸乙酯溶液中，再加入适量固化剂，配置成溶液。所述的混合溶液由以下质量百分比组分组成：紫外光吸收剂(UV-328)2.3～5.5％，十七氟癸基三甲氧基硅烷的异丙醇溶液13.0～13.7％，其中，十七氟癸基三甲氧基硅烷为涂层材料的0.4～0.5％，有机硅改性环氧树脂13.0～13.7％，固化剂1～2％，有机溶剂65.0～68.0％。将PBO纤维浸泡在溶液中3～5次，在50～80℃温度下超声震荡10～30min，取出纤维在60～80℃温度下反应的时间为固化2～5h。本专利技术中，以有机硅改性环氧树脂为载体，采用紫外光吸收剂与十七氟癸基三甲氧基硅烷对PBO纤维进行涂覆，紫外光吸收剂可吸收或反射一部分照射到PBO纤维表面的紫外光，提高PBO纤维的耐紫外光性能；而有机硅改性环氧树脂也具有优良的耐候性，可与紫外光吸收剂共同作用，对PBO纤维的表面起到双重保护作用；涂层中十七氟癸基三甲氧基硅烷的加入与有机硅改性环氧树脂具有协同作用，使PBO纤维表面具有高的疏水性能，在高湿条件下可有效的延缓外部环境对PBO纤维强度的损伤，大大增加了PBO纤维的使用寿命。经本专利技术的涂层处理后的PBO纤维同时具有优异的耐紫外光性能和高的疏水性能，大大地扩大了PBO纤维的应用范围。有益效果：本专利技术所述的涂层材料应用于PBO纤维，具有明显的协同效果；经该涂层处理后的PBO纤维的抗紫外光性能有了较大的改善。研究表明，处理后的PBO纤维经本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于PBO纤维表面的涂层材料，其特征在于，包括紫外光吸收剂、十七氟癸基三甲氧基硅烷、有机硅改性环氧树脂、固化剂和有机溶剂。

【技术特征摘要】
1.一种应用于PBO纤维表面的涂层材料，其特征在于，包括紫外光吸收剂、十七氟癸基三甲氧基硅烷、有机硅改性环氧树脂、固化剂和有机溶剂。2.如权利要求1所述的应用于PBO纤维表面的涂层材料，其特征在于，以涂层材料重量为基准，各组分的重量百分数为：3.如权利要求1或2所述的应用于PBO纤维表面的涂层材料，其特征在于，所述的紫外光吸收剂为紫外光吸收剂UV-328、UV-284、UV-531、UV-326中的至少一种。4.如权利要求1或2所述的应用于PBO纤维表面的涂层材料，其特征在于，所述的有机硅改性环氧树脂的环氧值为0.03～0.08。5.如权利要求1或2所述的应用于PBO纤维表面的涂层材料，其特征在于，所述的固化剂为低聚聚酰胺；所述的低聚聚酰胺的分子量为200～651。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘夏清，刘兰兰，李芝华，邹德华，李慧，牛捷，胡弘莽，周展帆，隆晨海，
申请(专利权)人：国网湖南省电力公司带电作业中心，国网湖南省电力公司，国家电网公司，中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43