一种等离子体结合多巴胺改性芳纶纤维的方法技术

本发明专利技术针对芳纶纤维与环氧树脂界面粘结性差的问题，提供了一种等离子体结合多巴胺改性芳纶纤维的方法，其特点在于用等离子体预处理后多巴胺涂覆改性芳纶纤维。所述等离子体预处理时间为2分钟，多巴胺溶液浓度为2g/L。用无水乙醇去除芳纶纤维表面杂质后烘干；对纤维进行等离子体处理；将处理后的芳纶纤维在多巴胺溶液中浸渍，表面形成聚多巴胺涂层。利用本发明专利技术方法制备的改性芳纶纤维强力增强了1.4％，在环氧树脂复合材料抽拔实验中，纤维界面剪切强度提高了20.6％。该改性方法处理后的纤维有效的改善了其制备的复合材料的力学性能，在军事、建筑产业等各个领域，具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种等离子体结合多巴胺改性芳纶纤维的方法
本专利技术涉及改性芳纶纤维提高其与环氧树脂界面粘结性的方法，为后续芳纶复合材料力学性能研究提供理论基础，属于芳纶纤维复合材料科学

技术介绍
芳纶纤维各个品种中，对位芳纶(芳纶1414)综合性能最优异，刚性大分子结构赋予了芳纶高强高模，耐高温，耐化学腐蚀等优异性能，常作为复合材料增强体，广泛应用于航空航天，军事，交通，防护用品等领域。由于芳纶的分子连段之间的共轭效应和苯环的位阻效应，表面基团的活性低，分子链呈刚性伸直状态，这种结构特点导致纤维表面光滑，在复合材料制备过程中，不易与基体结合，纤维的界面性能影响了复合材料的整体性能，限制了芳纶纤维优异性能的发挥。因此，芳纶纤维表面改性至关重要。多巴胺分子中含有活性较高的邻苯二酚基团和氨基，在常温下氧化自聚，可以在纤维表面沉积一层薄薄的聚多巴胺涂层，充当纤维与基体之间的桥梁。聚多巴胺层分子中含有大量活性亲水基团，氨基和羟基，不仅能改善基体材料的表面性能，还可作为过渡层，进一步与其他官能团发生接枝，使材料功能化。本专利技术采用了等离子体预处理，多巴胺涂覆改性的方法，使纤维表面粗糙，表面基团增加从而使表面能增加，进而纤维与环氧树脂的表面粘结性提高。在纤维拉伸、接触角测试和纤维的抽拔试验之后，证实该方法在芳纶纤维强力下降不大的情况下，对于芳纶和环氧树脂的粘结力有了很大的提高，该方法可以较为简单的实现对复合材料的增强，亦可为复合材料的力学性能的基础进行后续的分析研究。
技术实现思路
本专利技术针对芳纶纤维与环氧树脂粘结性差的问题，提供了一种改性芳纶纤维提高其与环氧树脂界面粘结性的方法。为了实现本专利技术的目的，专利技术人通过大量的实验研究与不断探索，最终获得如下技术方案：一种等离子体结合多巴胺改性芳纶纤维的方法有以下步骤：(1)将芳纶纤维在无水乙醇溶液中进行预处理，去除纤维表面的杂质，用去离子水反复清洗，在30℃烘干1h备用；(2)等离子体预处理：将清洗后的芳纶纤维放入等离子体去胶机中，氧环境，压强40Pa，功率50W，分别处理0、1、2、3分钟。(3)配制2g/l的盐酸多巴胺溶液，用Tris(三羟甲基氨基甲烷)缓冲剂调节溶液PH到8.5。然后将等离子体预处理后的芳纶纤维放入多巴胺溶液中，浸渍24h后取出，用去离子水清洗3-5次，在60℃下烘干2h。(4)测试纤维改性后的强力、纤维表面的接触角以及改性后纤维在树脂中的抽拔力。优选的等离子体预处理时间为2分钟。等离子体预处理时，氧气环境下，压强40Pa，功率50W。多巴胺溶液浓度为2g/L。烘箱干燥温度为60℃，时间为2小时。所述的树脂是环氧树脂GCC-135，固化剂为GCC-137固化剂。本专利技术的芳纶纤维改性后与未改性芳纶纤维相比，纤维的强力提高1.4％，界面剪切强度提高20.6％，有效改善纤维与树脂之间的界面粘结性，使后续复合材料性能更优。附图说明图1为不同等离子体预处理时间下多巴胺改性纤维的SEM图，图2为改性纤维的接触角，图3为改性纤维的拉伸性能参数，图4为改性纤维的抽拔性能参数。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细描述。实施例1(1)纤维改性处理将芳纶纤维在无水乙醇中浸泡4小时，用去离子水反复清洗，在干燥箱内60℃烘干，密封备用。将清洗后的芳纶纤维放入等离子体去胶机中，氧环境，压强40Pa，功率50W，处理0分钟。配制2g/L的盐酸多巴胺溶液，用TRIS缓冲剂调节溶液的PH到8.5，将等离子体预处理后的芳纶纤维放入多巴胺溶液中，浸渍24h，后用去离子水清洗3-5次，60℃烘箱干燥2h。(2)纤维在树脂中的拔出实验按照环氧树脂GCC-135∶固化剂GCC-137＝100∶30的比例配置树脂，将其注入纤维抽拔装置，测试抽拔力。(3)纤维强力测试使用单纤维强力仪测试纤维的强力，5组取平均值。实施例2(1)纤维改性处理将芳纶纤维在无水乙醇中浸泡4小时，用去离子水反复清洗，在干燥箱内60℃烘干，密封备用。将清洗后的芳纶纤维放入等离子体去胶机中，氧环境，压强40Pa，功率50W，处理1分钟。配制2g/L的盐酸多巴胺溶液，用TRIS缓冲剂调节溶液的PH到8.5，将等离子体预处理后的芳纶纤维放入多巴胺溶液中，浸渍24h，后用去离子水清洗3-5次，60℃烘箱干燥2h。(3)纤维在树脂中的拔出实验按照环氧树脂GCC-135∶固化剂GCC-137＝100∶30的比例配置树脂，将其注入纤维抽拔装置，测试抽拔力。(3)纤维强力测试使用单纤维强力仪测试纤维的强力，5组取平均值。实施例3(1)纤维改性处理将芳纶纤维在无水乙醇中浸泡4小时，用去离子水反复清洗，在干燥箱内60℃烘干，密封备用。将清洗后的芳纶纤维放入等离子体去胶机中，氧环境，压强40Pa，功率50W，处理2分钟。配制2g/L的盐酸多巴胺溶液，用TRIS缓冲剂调节溶液的PH到8.5，将等离子体预处理后的芳纶纤维放入多巴胺溶液中，浸渍24h，后用去离子水清洗3-5次，60℃烘箱干燥2h。(2)纤维在树脂中的拔出实验按照环氧树脂GCC-135∶固化剂GCC-137＝100∶30的比例配置树脂，将其注入纤维抽拔装置，测试抽拔力。(3)纤维强力测试使用单纤维强力仪测试纤维的强力，5组取平均值。实施例4(1)纤维改性处理将芳纶纤维在无水乙醇中浸泡4小时，用去离子水反复清洗，在干燥箱内60℃烘干，密封备用。将清洗后的芳纶纤维放入等离子体去胶机中，氧环境，压强40Pa，功率50W，处理3分钟。配制2g/L的盐酸多巴胺溶液，用TRIS缓冲剂调节溶液的PH到8.5，将等离子体预处理后的芳纶纤维放入多巴胺溶液中，浸渍24h，后用去离子水清洗3-5次，60℃烘箱干燥2h。(2)纤维在树脂中的拔出实验按照环氧树脂GCC-135∶固化剂GCC-137＝100∶30的比例配置树脂，将其注入纤维抽拔装置，测试抽拔力。(3)纤维强力测试使用单纤维强力仪测试纤维的强力，5组取平均值。表1纤维性能测试本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用无水乙醇去除芳纶纤维表面杂质后烘干，在等离子体去胶机中，氧环境，压强40Pa，功率50W下处理纤维2min。配置2g/L，PH8.5的多巴胺溶液，将等离子体预处理后的芳纶纤维放入改性溶液中，在室温下氧化自聚24h，然后用去离子水洗净，30℃下干燥2小时。/n

【技术特征摘要】
1.用无水乙醇去除芳纶纤维表面杂质后烘干，在等离子体去胶机中，氧环境，压强40Pa，功率50W下处理纤维2min。配置2g/L，PH8.5的多巴胺溶液，将等离子体预处理后的芳纶纤维放入改性溶液中，在室温下氧化自聚24h，然后用去离子水洗净，30℃下干燥2小时。


2.根据权利要求1所述一种等离子体结合多巴胺改性芳纶纤维...

【专利技术属性】
技术研发人员：李翠玉，李晓雨，苏瑞，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12