一种纳米复合无机纤维浸润剂的制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种纳米复合无机纤维浸润剂的制备方法和应用，该纳米复合浸润剂由纳米填料改性的成膜剂

【技术实现步骤摘要】
一种纳米复合无机纤维浸润剂的制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及无机纤维浸润剂领域，具体涉及一种纳米复合无机纤维浸润剂的制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]无机纤维是以天然无机物或含碳高聚物纤维为原料，经人工抽丝或直接碳化制成
。
无机纤维具有力学性能好
、
变形小
、
使用温度高
、
化学稳定性强等特点，是国防及民用的基础材料
。
无机纤维增强复合材料在航空航天
、
建筑工程
、
交通运输
、
石油化工等军用和民用领域广泛应用
。
然而，在实际应用中复合材料不可避免地会受到周围环境的腐蚀，导致材料的力学性能下降，造成巨大的经济损失
。
研究发现，纤维破坏是导致复合材料失效的原因之一
。
并且，纤维在生产过程中不可避免地会在纤维表面产生刮痕
、
微裂纹
、
杂质等缺陷
。
因此，在纤维表面涂覆浸润剂能有效地修复纤维表面的某些缺陷，提升纤维的力学性能和耐腐蚀性能
。
[0003]浸润剂主要由成膜剂
、
偶联剂
、
抗静电剂和润滑剂组成
。
成膜剂是影响浸润剂性能的关键组分
。CN115259694A
公开了一种环氧树脂增强型玄武岩纤维浸润剂及其制备方法，使用环氧树脂为成膜剂，能在纤维表面迅速铺展，提高玄武岩纤维的力学性能
。
但是，由于环氧树脂本身固有的脆性等问题，在溶剂挥发
、
涂层固化后，不可避免地会产生微孔或形成孔道
。
当外加载荷作用于纤维时，涂层中的微孔会成为应力集中区，超过临界应力后，裂纹会从此处迅速扩展，导致纤维发生脆性断裂
。
将纳米填料引入浸润剂是减少涂层固化过程中应力集中的有效方法
。
纳米填料填充在涂层内部，能够传递载荷，减少应力集中，显著提高玄武岩纤维的力学性能
。CN112358201A
公开了一种玄武岩纤维浸润剂增强改性方法，在浸润剂中引入二氧化硅纳米粒子，以
‑
Si
‑
O
‑
Si
‑
化学共价键的方式将纳米粒子与纤维连结起来，增强玄武岩纤维的力学性能，但其力学性能受限于纳米粒子极易团聚
、
在浸润剂分散不均匀等问题
。
鉴于此，本专利技术将二维纳米片结构引入无机纤维浸润剂
。
具体地，采用原位可控生长的方式将硅氧烷纳米片引入浸润剂，提高纳米填料在浸润剂的分散性；或将功能化氧化石墨烯
/
纳米粘土表面的基团
(
如氨基
)
与成膜剂的特定基团
(
如环氧基团
)
以化学键合的方式结合，提高纳米填料在复合浸润剂的稳定性，从而提高涂覆纳米复合浸润剂纤维的力学性能
。
并且，在腐蚀环境中，片状纳米结构能迫使腐蚀性离子以更曲折更长的渗透路径到达纤维表面，提高纤维的耐腐蚀性能
。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于，提供一种纳米复合无机纤维浸润剂的制备方法和应用，该纳米复合浸润剂由纳米填料改性的成膜剂
、
润滑剂
、
抗静电剂
、
偶联剂
、
水组成
。
通过原位可控生长和化学键合的方式将纳米填料引入到无机纤维浸润剂中，提高纳米填料在复合浸润剂涂层中的稳定性和致密性
。
将纳米复合浸润剂涂覆到无机纤维表面，纳米结构可以在复合浸润剂中进行应力传递，提升无机纤维的力学性能
。
同时，复合浸润剂中的二维纳米片结构可
以使腐蚀离子以更曲折更长的渗透路径到达无机纤维表面，从而减缓无机纤维受到环境的腐蚀
。
[0005]本专利技术所述的一种纳米复合无机纤维浸润剂的制备方法，该纳米复合浸润剂是由质量百分比为纳米填料改性的成膜剂
4.1
‑
9.0
％，润滑剂
0.1
‑
0.8
％，抗静电剂
0.1
‑
0.8
％，偶联剂
0.3
‑
1.0
％，余量为水组成，具体操作按下列步骤进行：
[0006]制备纳米填料改性的成膜剂：
[0007]a、
在环氧树脂
E51
中加入乳化剂司班
80
和十二烷基硫酸钠，高速乳化后加入水，制得
30
％
‑
50
％的环氧乳液，其中环氧树脂
E51
与乳化剂质量比为
100:11
，司班
80
与十二烷基硫酸钠质量比为
2:1
；
[0008]或将水性聚氨酯或聚丙烯乳液中直接加水，得到
30
％
‑
50
％乳液；
[0009]b、
在烧杯中按质量比为5‑
25:1
依次加入氢氧化钠的乙醇溶液和十六烷基三甲氧基硅烷，超声3‑
7min
后，加入到步骤
a
的环氧乳液或乳液中，继续磁力搅拌
30min
，得到硅氧烷纳米片改性的成膜剂；
[0010]或将功能化氧化石墨烯或纳米粘土加水超声分散，加入到步骤
a
中环氧乳液或乳液中，继续磁力搅拌
30min
，得到氧化石墨烯或纳米粘土改性的成膜剂；
[0011]c、
在水中加入润滑剂为硬脂酸聚氧乙烯酯
、
聚乙二醇油酸酯或聚乙二醇二油酸酯，温度
60℃
磁力搅拌
2h
，待用；
[0012]d、
在水中加入抗静电剂为十六烷基三甲基溴化铵
、
十六烷基三甲基氯化铵或十八烷基三甲基溴化铵，温度
60℃
磁力搅拌
2h
，待用；
[0013]e、
在水中加入冰乙酸调
pH
为
3.0
‑
4.0
，加入偶联剂为
γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷
、
γ
‑
缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或
γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，其中硅烷与水的质量比为
1:30
，磁力搅拌
2h
至溶液透明，待用；
[0014]f、
依次将步骤
c、
步骤
d、
步骤
e
制备的各组分加入到步骤
b
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种纳米复合无机纤维浸润剂的制备方法，其特征在于该纳米复合浸润剂是由质量百分比为纳米填料改性的成膜剂
4.1
‑
9.0%
，润滑剂
0.1
‑
0.8%
，抗静电剂
0.1
‑
0.8%
，偶联剂
0.3
‑
1.0%
，余量为水组成，具体操作按下列步骤进行：制备纳米填料改性的成膜剂：
a、
在环氧树脂
E51
中加入乳化剂司班
80
和十二烷基硫酸钠，高速乳化后加入水，制得
30%
‑
50%
的环氧乳液，其中环氧树脂
E51
与乳化剂质量比为
100:11
，司班
80
与十二烷基硫酸钠质量比为
2:1
；或将水性聚氨酯或聚丙烯乳液中直接加水，得到
30%
‑
50%
乳液；
b、
在烧杯中按质量比为5‑
25:1
依次加入氢氧化钠的乙醇溶液和十六烷基三甲氧基硅烷，超声3‑
7 min
后，加入到步骤
a
的环氧乳液或乳液中，继续磁力搅拌
30 min
，得到硅氧烷纳米片改性的成膜剂；或将功能化氧化石墨烯或纳米粘土加水超声分散，加入到步骤
a
中环氧乳液或乳液中，继续磁力搅拌
30 min
，得到氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：马鹏程，李蒙，
申请(专利权)人：中国科学院新疆理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：