一种利用微波法实现聚合物纤维快速表面改性的方法及复合材料技术

本发明专利技术公开一种利用微波法实现聚合物纤维快速表面改性的方法及复合材料。所述表面改性的方法包括步骤：提供聚合物纤维和处理液，所述处理液包括导电碳纳米材料和分散剂；将所述聚合物纤维表面的杂质去除，得到去除表面杂质的聚合物纤维；将所述去除表面杂质的聚合物纤维浸入所述处理液中，进行超声处理，然后干燥，得到表面包裹导电碳纳米材料的聚合物纤维；将所述表面包裹导电碳纳米材料的聚合物纤维进行微波处理，得到表面改性的聚合物纤维。本发明专利技术采用微波法改性可以在短时间内实现导电碳纳米材料与聚合物纤维的强效机械啮合，聚合物纤维力学性能损失小，聚合物纤维与树脂基体的界面结合强度显著提升。体的界面结合强度显著提升。体的界面结合强度显著提升。

【技术实现步骤摘要】
一种利用微波法实现聚合物纤维快速表面改性的方法及复合材料


[0001]本专利技术涉及表面改性
，尤其涉及一种利用微波法实现聚合物纤维快速表面改性的方法及复合材料。

技术介绍

[0002]聚合物纤维是一种以石油化工为主要原料，以独特的生产工艺制造而成的高强度束状单丝纤维。聚合物纤维与普通纤维相比具有高强度、高模量、耐高温、耐辐射、耐酸碱等耐腐蚀作用的特殊性能，是一种理想的树脂基复合材料增强体，在国防、航空航天、海洋、汽车等领域受到越来越多的应用。聚合物纤维增强聚合物复合体系的性能依赖于纤维与聚合物基体的粘结，这使得对纤维与基体之间的界面粘结研究越来越重要。纤维与基体的粘附主要取决于分子界面相互作用和分子界面结构。但是，由于聚合物纤维自身固有的结构使其存在许多不足之处，聚合物纤维化学性质不活泼，表面能低，表面缺少极性基团，且加上纤维具有很高的结晶度和取向度。这些都使得纤维表面化学惰性，集中表现在与树脂基体制成复合材料后，界面结合力十分低，复合材料力学性能极差，所以必须对其进行改性，在纤维表面进行处理，增加复合材料的界面粘接性能。
[0003]常用的改性方法包括电晕放电、γ射线辐照、氧化酸腐蚀、电子束辐照、等离子体处理和紫外引发接枝等。但是，上述方法需要昂贵的设备，而且工艺本身很繁琐，这可能会改变纤维表面的结晶度，也可能会降低纤维的机械性能。通过添加石墨烯纳米纤维(GNF)、碳纳米管(CNT)、纳米粘土等纳米填料对基体进行改性，也是提高纤维/基体界面结合的另一种方法，但这种方法改变了添加纳米填料后基体的固化性能。
[0004]因此，现有技术仍有待于改进和发展。

技术实现思路

[0005]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种利用微波法实现聚合物纤维快速表面改性的方法及复合材料，旨在解决现有聚合物纤维的表面改性方法过程繁琐，耗时长，对聚合物纤维力学性能损失较大的问题。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]本专利技术的第一方面，提供一种利用微波法实现聚合物纤维快速表面改性的方法，其中，包括步骤：
[0008]提供聚合物纤维和处理液，所述处理液包括导电碳纳米材料和分散剂；
[0009]将所述聚合物纤维表面的杂质去除，得到去除表面杂质的聚合物纤维；
[0010]将所述去除表面杂质的聚合物纤维浸入所述处理液中，进行超声处理，然后干燥，得到表面包裹导电碳纳米材料的聚合物纤维；
[0011]将所述表面包裹导电碳纳米材料的聚合物纤维进行微波处理，得到表面改性的聚合物纤维。
[0012]可选地，所述聚合物纤维为芳纶、超高分子量聚乙烯纤维、聚对苯撑苯并双噁唑纤维、聚对苯并咪唑纤维、聚苯撑吡啶并二咪唑纤维或聚酰亚胺纤维。
[0013]可选地，所述导电碳纳米材料为碳纳米管、炭黑、部分还原的氧化石墨烯、足球烯或者碳化硅。
[0014]可选地，所述分散剂为异丙醇、乙醇、乙二醇、正丙醇或者三乙二醇。
[0015]可选地，所述处理液的制备方法包括步骤：将0.025～0.2g导电碳纳米材料与50～200mL分散剂混合，采用超声处理0.5～2h，得到所述处理液。
[0016]可选地，将所述聚合物纤维表面的杂质去除，得到去除表面杂质的聚合物纤维的步骤，具体包括：将1～5g聚合物纤维浸入50～200mL乙醇与丙酮的混合液中超声清洗60～120min，再用水冲洗，于40～60℃干燥8～10h，得到所述去除表面杂质的聚合物纤维。
[0017]可选地，所述乙醇与丙酮的体积比为0～1:1～3。
[0018]可选地，将所述去除表面杂质的聚合物纤维浸入所述处理液中，进行超声处理，然后干燥，得到表面包裹导电碳纳米材料的聚合物纤维的步骤，具体包括：
[0019]将1～5g去除表面杂质的聚合物纤维浸入50～200mL处理液中，采用超声处理10～20min，于45～65℃干燥8～10h；
[0020]重复上述步骤2～3次，得到所述表面包裹导电碳纳米材料的聚合物纤维。
[0021]可选地，将所述表面包裹导电碳纳米材料的聚合物纤维进行微波处理，得到表面改性的聚合物纤维的步骤，具体包括：
[0022]将所述表面包裹导电碳纳米材料的聚合物纤维置于微波处理器中，在400～900W的功率条件下微波处理6～20s，得到所述表面改性的聚合物纤维。
[0023]本专利技术的第二方面，提供一种复合材料，所述复合材料主要由聚合物纤维和树脂基体结合而成，其中，所述聚合物纤维为本专利技术所述的方法处理得到的表面改性的聚合物纤维。
[0024]有益效果：本专利技术利用微波处理导电碳纳米材料包裹的聚合物纤维，导电碳纳米材料在微波处理过程中快速吸收微波，瞬间产生高温，达到聚合物纤维的熔点后，聚合物纤维的表面被导电碳纳米材料熔融，使得导电碳纳米材料部分陷入熔融的聚合物纤维表面。微波处理停止后，导电碳纳米材料温度下降，与其接触的聚合物纤维表面预冷凝固，从而将导电碳纳米材料固定于聚合物纤维表面，二者之间产生较强的物理嵌合，获得表面改性的聚合物纤维。本专利技术该种方法操作简便，快速，纤维力学性能损失小，表面改性的聚合物纤维与树脂材料的界面结合强度显著提升。
附图说明
[0025]图1是实施例1去除表面杂质的UHMWPE纤维改性前后的热稳定图；
[0026]图2是实施例1去除表面杂质的UHMWPE纤维束改性前后的束丝断裂强度图；
[0027]图3是实施例1去除表面杂质的UHMWPE纤维改性前后的拉曼总图谱；
[0028]图4是实施例1去除表面杂质的UHMWPE纤维改性前后扫描电镜图和微波后的透射电镜图。
具体实施方式
[0029]本专利技术提供一种利用微波法实现聚合物纤维快速表面改性的方法及复合材料，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。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。
[0030]本专利技术实施例提供一种利用微波法实现聚合物纤维快速表面改性的方法，其中，包括步骤：
[0031]提供聚合物纤维和处理液，所述处理液包括导电碳纳米材料和分散剂；
[0032]将所述聚合物纤维表面的杂质去除，得到去除表面杂质的聚合物纤维；
[0033]将所述去除表面杂质的聚合物纤维浸入所述处理液中，进行超声处理，然后干燥，得到表面包裹导电碳纳米材料的聚合物纤维；
[0034]将所述表面包裹导电碳纳米材料的聚合物纤维进行微波处理，得到表面改性的聚合物纤维。
[0035]微波辐射是一种高效、绿色、非接触的加热方式。本实施例采用一种简单的方法在聚合物纤维表面形成一层薄薄的导电碳纳米材料，导电碳纳米材料由于其具有优异的导电性，在接受微波辐照的过程中由于交变电磁场的作用，会产生涡流，涡流会产生大量热量，使导电碳纳米材料迅速升温，从而使得聚合物纤维的近表面融化，使导电碳纳米材料部分嵌入聚合物纤维的表面，在短时间内实现导电碳纳米材料与聚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用微波法实现聚合物纤维快速表面改性的方法，其特征在于，包括步骤：提供聚合物纤维和处理液，所述处理液包括导电碳纳米材料和分散剂；将所述聚合物纤维表面的杂质去除，得到去除表面杂质的聚合物纤维；将所述去除表面杂质的聚合物纤维浸入所述处理液中，进行超声处理，然后干燥，得到表面包裹导电碳纳米材料的聚合物纤维；将所述表面包裹导电碳纳米材料的聚合物纤维进行微波处理，得到表面改性的聚合物纤维。2.根据权利要求1所述的利用微波法实现聚合物纤维快速表面改性的方法，其特征在于，所述聚合物纤维为芳纶、超高分子量聚乙烯纤维、聚对苯撑苯并双噁唑纤维、聚对苯并咪唑纤维、聚苯撑吡啶并二咪唑纤维或聚酰亚胺纤维。3.根据权利要求1所述的利用微波法实现聚合物纤维快速表面改性的方法，其特征在于，所述导电碳纳米材料为碳纳米管、炭黑、部分还原的氧化石墨烯、足球烯或者碳化硅。4.根据权利要求1所述的利用微波法实现聚合物纤维快速表面改性的方法，其特征在于，所述分散剂为异丙醇、乙醇、乙二醇、正丙醇或者三乙二醇。5.根据权利要求1所述的利用微波法实现聚合物纤维快速表面改性的方法，其特征在于，所述处理液的制备方法包括步骤：将0.025～0.2g导电碳纳米材料与50～200mL分散剂混合，采用超声处理0.5～2h，得到所述处理液。6.根据权利要求1所述的利用微波法实现聚合物纤维快速表面改性的方法，其特征在于，将所述聚合物纤维表面的杂质去除，...

【专利技术属性】
技术研发人员：于佳立，陈厚道，黄泽凯，黄恒，刘会超，朱才镇，徐坚，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：