[发明专利]可针对不同性质基体自适应构建强相互作用的纤维表面改性方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及两种不同性质的聚合物链段改性纳米二氧化硅（纳米SiO₂），并接枝到碳纤维上，实现针对不同性质基体自适应构建强相互作用的纤维表面改性方法及其应用。 

背景技术

在纤维增强聚合复合材料中，增强纤维与聚合物基体的相容性较差，很难形成有效的界面粘结，在纤维的表面改性方面，人们已经开展了大量的研究工作：包括气相氧化法，液相氧化法，阳极氧化法，涂层法，电聚合，等离子体改性，表面接枝等方法。（^[1]A Fjeldly,T Olsen，et al.Composites Part A:Applied Science and Manufacturing.2001.32:373-378.^[2]A.Fukunaga,S.Ueda,M.Nagumo.Carbon,1999,37:1081-1085.）但是，所有的改性方法都有一定的局限性，即仅针对特定的一种或一类树脂基体。 

在工业化生产过程中，纤维在生产过程中要经过上浆剂的处理，不同种类的上浆剂针对不同性质的树脂基体，实验研究及工业开发过程中的碳纤维用量很小，采用后处理的方式来变换纤维表面的处理剂，但无论是溶剂萃取还是高温灼烧，均会造成纤维的损伤及其性能明显下降，特别是编织物形式的纤维增强材料，后处理的损伤将更严重。纳米粒子是指粒径在1-100nm的微粒，纳米粒子种类繁多，不同种类的纳米粒子对聚合物有着不同的改性作用，这为不同的聚合物体系和不同的改姓目的提供了灵活的选择性。纳米SiO₂在工业生产中作为重要无机填料，有着优异的物理化学性能，且廉价易得，因而得到了广泛的应用。（[³]B.B.Johnsen,A.J.Kinloch,R.D.Mohammed,A.C.Taylor,S.Sprenger.Polymer.2007,48:530-541.[⁴]李雅娣，吴平马，喜梅，平丽．工程塑料应用.2009,37(8):27-29．）将纳米SiO₂ 分散在基体或改性后的碳纤维上浆剂中，发现复合材料的界面粘结强度都有了一定的提高。但纳米SiO₂粒径小，比表面积大，表面活性高，故极容易团聚，很难在溶剂及聚合物基体中分散，所以对其进行表面处理就显得极其重要，利用其表面丰富的-OH，进行化学反应，化学接枝是最有效，也是应用的最多的方法。（^[5]Hui Zhao,Ruimin Sun,Yunjun Luo,Jie Li.A novel method of hyperbranched poly(amine ester)modifying nano-SiO₂and study of mechanical properties of PVC/nano-SiO₂composites[J].Polymer composites.2008,1014-1019.^[6]Bin Mu,Tingmei Wang,Peng Liu.Well-Defined Dendritic-Graft Copolymer Grafted Silica Nanoparticle by Consecutive Surface-Initiated Atom Transfer Radical Polymerizations[J].Ind.Eng.Chem.Res.2007,46:3069-3072.）