改性纤维及其制备方法、增强热塑性复合材料及其用途技术

本申请提供一种改性纤维及其制备方法、增强热塑性复合材料及其用途，涉及材料领域。改性纤维的制备方法，包括：将第一冰乙酸水溶液与氨基偶联剂进行第一混合，然后加入纳米粒子进行第一反应，然后进行第一固液分离、第一干燥得到改性纳米粒子；将第二冰乙酸水溶液和环氧基偶联剂进行第二混合，然后加入纤维进行第二反应，所述第二反应结束后再加入所述改性纳米粒子和成膜乳液，继续反应后进行第二固液分离、第二干燥得到所述改性纤维。本申请提供的制备方法，可极大改善纤维的表面活性与粗糙度，提升热塑性树脂对纤维的浸润能力与界面粘接强度，能实现纤维增强热塑性复合材料的高性能化生产与应用。能化生产与应用。能化生产与应用。

【技术实现步骤摘要】
改性纤维及其制备方法、增强热塑性复合材料及其用途


[0001]本申请涉及材料领域，尤其涉及一种改性纤维及其制备方法、增强热塑性复合材料及其用途。

技术介绍

[0002]纤维增强热塑性树脂复合材料具有绿色环保、轻质高强、耐锈耐候等特性，以碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、玻璃纤维等为代表的纤维增强热塑性复合材料异军突起，在航空航天、国防军工、轨道交通、汽车船舶、新能源基建等领域具有重要的应用价值。
[0003]目前，常规纤维的表面有机物多适用于热固性树脂体系，如环氧树脂、不饱和树脂等，而在热塑性复合材料中，其表面官能团难与热塑性树脂体系结合，存在分子结构不相容、浸润速度慢、界面粘接弱等缺陷，难以制备高性能纤维增强热塑性复合材料，严重阻碍了碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、玻璃纤维及其复合材料的高端化应用。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种改性纤维及其制备方法、增强热塑性复合材料及其用途，以解决上述问题。
[0005]为实现以上目的，本申请采用以下技术方案：
[0006]一种改性纤维的制备方法，包括：
[0007]将第一冰乙酸水溶液与氨基偶联剂进行第一混合，然后加入纳米粒子进行第一反应，然后进行第一固液分离、第一干燥得到改性纳米粒子；
[0008]将第二冰乙酸水溶液和环氧基偶联剂进行第二混合，然后加入纤维进行第二反应，所述第二反应结束后再加入所述改性纳米粒子和成膜乳液，继续反应后进行第二固液分离、第二干燥得到所述改性纤维；
[0009]所述纤维包括玄武岩纤维、碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维中的一种或多种，所述纳米粒子包括纳米二氧化硅和/或纳米二氧化钛。
[0010]优选地，所述第一冰乙酸水溶液和所述第二冰乙酸水溶液的质量分数各自独立的为0.03％
‑
0.2％。
[0011]优选地，所述制备方法满足以下条件中的至少一个：
[0012]a.所述氨基偶联剂包括单氨基偶联剂和/或多氨基偶联剂；
[0013]b.所述氨基偶联剂的用量为所述第一冰乙酸水溶液中的水的用量的0.2％
‑
4.0％；
[0014]c.所述第一混合的时间为0.5h
‑
2h。
[0015]优选地，所述制备方法满足以下条件中的至少一个：
[0016]d.所述纳米粒子的用量为所述第一冰乙酸水溶液中的水的用量的0.5％
‑
10％；
[0017]e.所述第一反应在搅拌条件下进行，反应温度为50℃
‑
95℃，搅拌时间为3h
‑
6h。
[0018]优选地，所述制备方法满足以下条件中的至少一个：
[0019]f.所述环氧基偶联剂包括单环氧基偶联剂和/或多环氧基偶联剂；
[0020]g.所述环氧基偶联剂的用量为所述第二冰乙酸水溶液中的水的用量的0.2％
‑
4％；
[0021]h.所述第二混合的时间为2h
‑
6h。
[0022]优选地，所述制备方法满足以下条件中的至少一个：
[0023]i.所述纤维的用量为所述第二冰乙酸水溶液中的水的用量的5％
‑
20％；
[0024]j.所述第二反应在超声波辅助下进行，反应温度为50℃
‑
95℃，反应时间为2h
‑
4h；
[0025]k.所述改性纳米粒子的用量为所述第二冰乙酸水溶液中的水的用量的0.5％
‑
2.5％。
[0026]优选地，所述制备方法满足以下条件中的至少一个：
[0027]l.所述成膜乳液包括环氧乳液、聚酯乳液和丙烯酸乳液中的一种或多种；
[0028]m.所述成膜乳液的用量为所述第二冰乙酸水溶液中的水的用量的1％
‑
5％；
[0029]n.所述继续反应的时间为1h
‑
3h。
[0030]本申请还提供一种改性纤维，使用所述的改性纤维的制备方法制得。
[0031]本申请还提供一种增强热塑性复合材料，包括所述的改性纤维。
[0032]本申请还提供一种增强热塑性复合材料的用途，用于航空航天、国防军工、轨道交通、汽车船舶和新能源基建等领域。
[0033]与现有技术相比，本申请的有益效果包括：
[0034]本申请提供的改性纤维的制备方法，可极大改善玄武岩纤维、碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等纤维的表面活性与粗糙度，提升热塑树脂对纤维的浸润能力与界面粘接强度，能实现玄武岩纤维、碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等纤维增强热塑性复合材料的高性能化生产与应用。
[0035]具体的，首先对纳米粒子进行改性，在其表面包覆含氨基的有机物，提高其表面反应活性与粒子分散性；再对纤维材料进行改性，在其表面包覆含环氧基的有机物，提高其表面反应活性与界面相容性；最后将改性纳米粒子与乳液引入体系，与经偶联剂处理的纤维材料复合改性，制得改性纤维。由于纳米粒子表面的氨基与纤维表面的环氧基产生反应形成化学键，使纳米粒子以点位的形式稳固的负载在纤维表面，增强了纤维表面的粗糙度与复材界面的粘接能力；由于成膜乳液与纤维表面的环氧基偶联剂相容性良好，能以膜的形式紧密的包覆在纤维表面，增强了纤维的强度、集束性与表面活性。
[0036]以上构建的有序改性处理方法相对于将上述诸多物质直接混合的无序改性处理而言，能够获得更好的效果。
附图说明
[0037]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请范围的限定。
[0038]图1为本申请提供的改性纤维的原理示意图；
[0039]图2为实施例2提供的改性玄武岩纤维的实物图；
[0040]图3为实施例2提供的改性玄武岩纤维的表面形貌照片；
[0041]图4为实施例2提供的改性纤维增强尼龙复合材料的实物图；
[0042]图5为实施例2提供的改性纤维增强尼龙复合材料的界面形貌照片；
[0043]图6为对比例3提供的未改性玄武岩纤维的实物图；
[0044]图7为对比例3提供的未改性玄武岩纤维的表面形貌照片；
[0045]图8为对比例3提供的未改性纤维增强尼龙复合材料的实物图；
[0046]图9为对比例3提供的未改性纤维增强尼龙复合材料的界面形貌照片。
具体实施方式
[0047]如本文所用之术语：
[0048]“由
……
制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
[0049]连接词“由
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性纤维的制备方法，其特征在于，包括：将第一冰乙酸水溶液与氨基偶联剂进行第一混合，然后加入纳米粒子进行第一反应，然后进行第一固液分离、第一干燥得到改性纳米粒子；将第二冰乙酸水溶液和环氧基偶联剂进行第二混合，然后加入纤维进行第二反应，所述第二反应结束后再加入所述改性纳米粒子和成膜乳液，继续反应后进行第二固液分离、第二干燥得到所述改性纤维；所述纤维包括玄武岩纤维、碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维中的一种或多种，所述纳米粒子包括纳米二氧化硅和/或纳米二氧化钛。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一冰乙酸水溶液和所述第二冰乙酸水溶液的质量分数各自独立的为0.03％
‑
0.2％。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，满足以下条件中的至少一个：a.所述氨基偶联剂包括单氨基偶联剂和/或多氨基偶联剂；b.所述氨基偶联剂的用量为所述第一冰乙酸水溶液中的水的用量的0.2％
‑
4.0％；c.所述第一混合的时间为0.5h
‑
2h。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，满足以下条件中的至少一个：d.所述纳米粒子的用量为所述第一冰乙酸水溶液中的水的用量的0.5％
‑
10％；e.所述第一反应在搅拌条件下进行，反应温度为50℃
‑
95℃，搅拌时间为3h
‑
6h。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，满足以下条件中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李光照，贺攀，余浩，佘佐仙，韩锐，尧章均，田德斌，杜发鑫，洋汉军，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：