一种基于聚联硼硅氧烷改性的纤维及其制备方法技术

本发明专利技术提供了聚联硼硅氧烷作为纤维抗冲击改性剂的用途，并提供了一种抗冲击改性纤维，它含有包括聚联硼硅氧烷的改性剂，改性剂中聚连硼硅氧烷的含量不低于50wt％；所述聚联硼硅氧烷是聚合物链中含有联硼结构的硅氧烷，所述联硼结构是指一个以上的硼原子直接通过化学键连接，或通过刚性基元连接形成的结构；所述刚性基元含有至少一种下列结构：双键、三键、芳香环、有芳香性的稠环。本发明专利技术基于聚联硼硅氧烷的改性纤维材料具有优异的柔性，且具有优异的抗冲击和阻尼性能，便于穿戴并能有效避免高速物体的伤害，在防护领域具有极其强大的应用前景。应用前景。应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于聚联硼硅氧烷改性的纤维及其制备方法


[0001]本专利技术属于复合材料领域，具体涉及一种基于聚联硼硅氧烷改性的纤维及其制备方法。

技术介绍

[0002]为保护从事高危职业的人们的安全，高性能防护材料特别是防弹衣的开发受到了广泛的关注。最初的防弹衣是由金属、铝合金等重型材料制造而成的，这些硬质材料大多不方便佩戴，极大地限制了人类的活动。随着高性能纤维(如芳纶Kevlar、超高分子量聚乙烯纤维UHMWPE)的出现，使防弹衣等人体防护材料由硬质转变为半硬质甚至软质成为可能，人们利用高性能纤维织物来生产更轻、更柔性的防弹衣。但是为了满足防弹要求，常常需要20～50层高性能纤维织物叠加在一起使用,这降低了防弹衣的舒适性和柔软性,限制了高性能纤维的应用，因此，如何通过改性提高纤维织物本身的抗冲击性能，成为研究人员极为关注的问题。
[0003]通过改变纤维结构或者改变纤维成分等来提高织物的抗冲击性能，是目前高性能防弹衣研发的重点。例如，有研究报道在织物中引入纳米材料，不仅可以改善织物纤维之间的摩擦力、还可以大大提高织物的抗冲击性能(M.H.Malakooti et al.Composites Part B 127(2017)222
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231)。剪切增稠材料(STF)是一种新型智能材料，在常态下，剪切增稠材料十分柔软，一旦遇到高速的冲撞或挤压，材料变得坚硬从而消化外力。当外力消失后，材料会回复到它最初的柔软状态，因而有着极强的抗冲击能力，是一种提高织物抗冲击性能的同时保持其理想柔韧性的理想材料。Lee等首次开发了STF材料/芳纶纤维防弹衣，并在研究STF/芳纶纤维复合材料的能量吸收机制做出了巨大的贡献(Lee et al.Journal of materials science 38.13(2003):2825
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2833.)。聚硼硅氧烷是一种典型的剪切增稠材料，在抗冲击材料方面有很大的应用潜力。Zhao等人利用聚硼硅氧烷与凯夫拉纤维复合，得到的复合纤维材料的抗冲击性能远远高于单纯的凯夫拉纤维(Zhao C et al.Smart Materials and Structures,2019,28(7):075036)。
[0004]然而，上述研究报道的聚硼硅氧烷为单硼(
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Si
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O
‑
B
‑
O
‑
)结构的聚硼硅氧烷，这种传统的聚硼硅氧烷应用于抗冲击材料改性时，存在结果稳定性差的问题，其剪切增稠效果也还有待进一步增强。研发性能更加优异的剪切增稠材料，并将其应用于高性能纤维织物中提高抗冲击性能，具有非常重要的意义。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术提供了一种新型硅氧烷——聚连硼硅氧烷，并将聚联硼硅氧烷作为改性剂添加到高性能聚合物纤维中，利用聚联硼硅氧烷自身优异的非牛顿流体特性(剪切增稠特性)、高网络特征松弛时间和阻尼性能来提高纤维的抗冲击性能、阻尼抗震性能，通过简单的浸渍或溶液纺丝即制备出具有优异抗冲击性能的改性纤维。本专利技术的基本思路是将含聚联硼硅氧烷的材料填充到纤维中，增加纤维之间的摩擦力，同时基于聚
联硼硅氧烷超强的剪切增稠效果使得纤维的抗冲击性能大大提高，并保持了纤维本身的柔性。
[0006]本专利技术提供了聚联硼硅氧烷作为纤维抗冲击改性剂的用途；所述聚联硼硅氧烷是聚合物链中含有联硼结构的硅氧烷，所述联硼结构是指一个以上的硼原子直接通过化学键连接，或通过刚性基元连接形成的结构；所述刚性基元含有至少一种下列结构：双键、三键、芳香环、有芳香性的稠环。
[0007]本专利技术还提供了一种改性纤维，它含有改性剂，所述改性剂包括聚联硼硅氧烷，改性剂中聚连硼硅氧烷的质量分数不低于50％；
[0008]所述聚联硼硅氧烷是聚合物链中含有联硼结构的硅氧烷，所述联硼结构是指一个以上的硼原子直接通过化学键连接，或通过刚性基元连接形成的结构；所述刚性基元含有至少一种下列结构：双键、三键、芳香环、有芳香性的稠环。
[0009]进一步地，上述改性纤维由改性剂和纤维聚合物制成，所述纤维聚合物的质量分数不低于80％。
[0010]进一步地，上述改性纤维是改性剂和纤维聚合物在有机溶剂中溶解得到纺丝原液后，进行溶液纺丝所得；
[0011]优选地，所述纺丝原液中溶质的浓度不低于15wt％，所述有机溶剂为甲苯、二甲苯、二甲基亚砜中的一种或多种。
[0012]进一步地，上述改性纤维是将纤维聚合物制成的纤维浸泡在改性剂溶于有机溶剂形成的溶液中5～15min后取出，干燥除去有机溶剂所得；
[0013]优选地，所述溶液中改性剂的浓度为15wt％～40wt％；所述有机溶为甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷、甲苯、乙酸乙酯中的一种或多种。
[0014]进一步地，上述改性剂还含有阻尼材料和/或填充材料；所述改性剂中阻尼材料的质量分数少于50％，填充材料质量分数少于2％；
[0015]优选地，所述阻尼材料为聚二甲基硅氧烷、聚丙烯酸酯弹性体、聚氨酯弹性体中的一种或多种；
[0016]和/或所述填充材料为二氧化硅、白炭黑、炭黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种。
[0017]进一步地，上述纤维聚合物为凯夫拉纤维、尼龙纤维、超高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维、锦纶纤维、腈纶纤维、涤纶纤维、氨纶纤维中的一种或多种。
[0018]进一步地，上述联硼结构是：
[0019]两个硼原子直接通过化学键连接形成的B
‑
B结构或两个硼原子通过苯环连接形成的结构；优选地，所述联硼结构的红外特征峰为：1030
‑
1060cm
‑1的B
‑
B结构红外特征吸收峰或1340
‑
1300cm
‑1的结构红外特征吸收峰。
[0020]更进一步地，上述聚连硼硅氧烷中，联硼结构的质量分数为0.1％～20％。
[0021]更进一步地，上述聚联硼硅氧烷由含硼单体与硅基质反应形成，优选地，所述含硼单体的质量分数为0.1％～20％。
[0022]更进一步地，上述含硼单体为二硼酸类化合物，优选为1,4
‑
苯二硼酸、1,3
‑
苯二硼
酸、联苯二硼酸、蒽
‑
9,10
‑
二硼酸、2,2'
‑
联吡啶
‑
4,4'
‑
二硼酸、2,5
‑
二硼酸噻吩、芘
‑
1,6
‑
二基二硼酸、二硼酸、2,6
‑
二甲氧基吡啶
‑
3,5
‑
二硼酸、双(邻苯二酚)二硼酸酯、二苯并噻吩
‑
2,8
‑
二硼酸中的至少一种；
[0023]所述硅基质为苯基甲基二氯硅烷、二苯基二氯硅烷、二甲基二氯硅烷、二甲基硅氧烷环体、甲基苯基硅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.聚联硼硅氧烷作为纤维抗冲击改性剂的用途；所述聚联硼硅氧烷是聚合物链中含有联硼结构的硅氧烷，所述联硼结构是指一个以上的硼原子直接通过化学键连接，或通过刚性基元连接形成的结构；所述刚性基元含有至少一种下列结构：双键、三键、芳香环、有芳香性的稠环。2.一种改性纤维，其特征在于，它含有改性剂，所述改性剂包括聚联硼硅氧烷，改性剂中聚连硼硅氧烷的质量分数不低于50％；所述聚联硼硅氧烷是聚合物链中含有联硼结构的硅氧烷，所述联硼结构是指一个以上的硼原子直接通过化学键连接，或通过刚性基元连接形成的结构；所述刚性基元含有至少一种下列结构：双键、三键、芳香环、有芳香性的稠环。3.如权利要求2所述的改性纤维，其特征在于，它由改性剂和纤维聚合物制成，所述纤维聚合物的质量分数不低于80％。4.如权利要求3所述的改性纤维，其特征在于，它是改性剂和纤维聚合物在有机溶剂中溶解得到纺丝原液后，进行溶液纺丝所得；优选地，所述纺丝原液中溶质的浓度不低于15wt％，所述有机溶剂为甲苯、二甲苯、二甲基亚砜中的一种或多种。5.如权利要求2所述的改性纤维，其特征在于，它是将纤维聚合物制成的纤维浸泡在改性剂溶于有机溶剂形成的溶液中5～15min后取出，干燥除去有机溶剂所得；优选地，所述溶液中改性剂的浓度为15wt％～40wt％；所述有机溶为甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷、甲苯、乙酸乙酯中的一种或多种。6.如权利要求2～5任一项所述的改性纤维，其特征在于，所述改性剂还含有阻尼材料和/或填充材料；所述改性...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴锦荣，熊慧，兀琪，赵丽娟，李维航，侯雨佳，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：