[发明专利]一种高性能聚酰亚胺纤维的表面仿生修饰方法及应用

说明书

本发明提供了一种高性能聚酰亚胺纤维的表面仿生修饰方法及应用，属于高性能纤维表面改性技术领域。本发明的表面仿生修饰方法包括聚多巴胺溶液的配置，缓冲溶液pH的调节，处理条件及方式的确定，处理后纤维的洗涤及干燥处理方式。本发明采用多巴胺修饰纤维表面，聚合条件简单，环境温和，反应流程操作便捷，可重复性强。所获得的聚多巴胺包覆的聚酰亚胺纤维保留了优异的力学性能，且具有较高的表面极性和表面能，可与树脂和功能性基团有效结合，制备高性能多巴胺修饰聚酰亚胺纤维增强复合材料和功能材料。

技术领域

本发明属于高性能纤维表面改性技术领域，具体涉及一种高性能聚酰亚胺纤维的表面仿生修饰方法及应用。

背景技术

聚酰亚胺纤维(polyimide fiber，简称PI纤维)属于有机合成高性能纤维，高分子链上含有酰亚胺基团。聚酰亚胺纤维具有高强高模、低介电常数与介电损耗、低热膨胀系数、耐腐蚀、耐辐照、耐高低温性能、良好的尺寸稳定性及电绝缘性、优异的抗蠕变性能，在航空航天，电子电工领域得到了充分的应用。

目前在复合材料增强体方面应用广泛的高性能纤维包括芳纶纤维(PPTA)，聚对苯撑苯并双噁唑纤维(PBO)及聚酰亚胺纤维(PI)。此类高性能纤维作为复合材料的增强体，表面光滑且表面活性低，与树脂之间的粘附力较弱，存在界面结合情况差，不能与树脂充分浸润，材料表面容易浮纤等问题，限制了此类纤维高强高模的特性，因此无法发挥纤维增强树脂优异的性能。

传统的高性能纤维表面改性处理有较多研究及报道，采用的改性方法主要分为物理法和化学法，包括涂覆、刻蚀、浸润、偶联剂等。但是上述方法大多存在工艺复杂成本高，使纤维表面产生一定程度的破环，及与树脂结合不牢固等问题。

多巴胺作为贻贝类物质产生的黏性蛋白的类似物，本身是存在于哺乳动物体内的一种重要的神经质，其在碱性环境中可以发生氧化自聚，生成聚多巴胺。聚多巴胺具有良好的生物相容性和黏附性能，在生物医疗领域有诸多应用，但在高性能纤维表面改性及复合材料领域的研究中鲜有涉及。聚多巴胺的合成方法简单，反应环境温和，其结构中存在的大量活性基团可与环氧树脂实现有效结合，是一种提升聚酰亚胺纤维与树脂基体界面性能的良好连接材料。

发明内容

针对上述高性能纤维作为复合材料增强体表面处理技术方面的问题，本发明的目的是提供一种高效简便的处理方法，使聚酰亚胺纤维表面活性提高。

本发明的另一个目的是通过对纤维表面进行仿生修饰，改变纤维表面的化学活性，增强与树脂和功能性基团有效结合，制备高性能多巴胺修饰聚酰亚胺纤维增强复合材料和功能材料。

一种高性能聚酰亚胺纤维的表面仿生修饰方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)多巴胺盐酸溶液的配置：将Tris碱溶解与水中，调节pH至8-10，加入多巴胺盐酸盐，搅拌浸润，多巴胺盐酸溶液的浓度为0.5-4.0g/L；

(2)高性能聚酰亚胺纤维的表面仿生修饰：将高性能聚酰亚胺纤维置于多巴胺盐酸溶液中浸泡，搅拌浸润15min-36h，高性能聚酰亚胺纤维与多巴胺盐酸溶液质量比为1：6-10；

(3)将高性能聚酰亚胺纤维在去离子水中超声清洗；

(4)60-150℃干燥处理，得到表面仿生修饰的高性能聚酰亚胺纤维。

进一步的，所述步骤(1)中调节pH至8-9。

进一步的，所述步骤(1)中多巴胺盐酸溶液的浓度为2.0-4.0g/L。

进一步的，所述步骤(2)中高性能聚酰亚胺纤维与多巴胺盐酸溶液质量比为1：6-8。

进一步的，所述步骤(2)中搅拌浸润的时间为12-24h。

进一步的，所述步骤(4)中干燥温度为60-80℃。