[发明专利]上浆剂作为芳纶纤维表面改性处理剂的应用、芳纶纤维-树脂复合材料及制备方法

说明书

本发明提供了上浆剂作为芳纶纤维表面改性处理剂的应用，上浆剂包括水性聚氨酯、水性聚氨酯固化剂和水；所述水性聚氨酯固化剂中‑NCO与水性聚氨酯的‑OH的摩尔比为0.8：1～1.2：1；所述水性聚氨酯和水性聚氨酯固化剂的总质量为上浆剂质量的1％～2％。本发明通过控制水性聚氨酯中软硬段比例，在芳纶纤维表面形成过渡层，增加了纤维表面粗糙度和极性基团，有利于芳纶纤维与树脂基体的机械啮合与化学结合，改善两者的界面粘结性能，在芳纶纤维‑树脂复合材料中形成柔性界面，提升了层间剪切强度。本发明还提供了芳纶纤维‑树脂复合材料及其制备方法。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种上浆剂作为芳纶纤维表面改性处理剂的应用、芳纶纤维-树脂复合材料及其制备方法。

背景技术

纤维增强复合材料通过将增强纤维与树脂基体复合，二者在性能上互相取长补短，使其在力学性能、物理性能和化学性能等方面明显优于单一材料。其中，芳纶纤维复合材料具有高强度、高模量、耐高温、耐酸碱腐蚀等优异的性能，广泛应用于航空航天、国防军工、电子电器等领域，且在交通运输、土木建筑、橡胶制品、休闲体育等方面也有广泛应用。

但是，芳纶纤维主链上存在的大量的苯环，使其沿轴向具有高的取向结晶，同时苯环的位阻效应也使得酰胺基团与其他原子或基团很难发生化学反应或其他作用。因此，芳纶纤维与树脂基体间的相互作用仅仅局限于较弱的次级原子力作用，使得复合材料的界面粘接性较差，层间剪切强度小。因此，需要对其表面进行改性处理，改善芳纶纤维与树脂基体的界面结合效果。

研究者们对提升芳纶纤维复合材料界面性能做出了大量的工作，其中依据芳纶纤维和树脂基体的特性，在两者之间引入强韧性结合的界面，既能够增加粘结，又具有界面松弛能力的作用，将增强纤维和基体有机结合为一整体，可以有效传递界面应力，共同承受外加载荷。

但是现有对芳纶纤维和树脂基体的界面结合改善效果仍不理想。例如，中国专利(CN104736614A)提供了一种含有橡胶核-壳粒子的纤维增强复合材料，通过添加迁移剂，使橡胶核-壳粒子在树脂中扩散形成浓度梯度，改善了复合材料界面应力传递，然而梯度界面层的形成对材料特性与工艺条件等要求较高，且纤维与树脂基体中纳米粒子的粘结强度不佳。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种上浆剂作为芳纶纤维表面改性处理剂的应用、芳纶纤维-树脂复合材料及其制备方法，采用本发明提供的上胶剂使得在芳纶纤维-树脂复合材料中形成柔性界面，改善复合材料界面粘结性能，提高复合材料层间剪切强度。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种上浆剂作为芳纶纤维表面改性处理剂的应用，所述上浆剂包括水性聚氨酯、水性聚氨酯固化剂和水；

所述水性聚氨酯固化剂中异氰酸酯基与水性聚氨酯的醇羟基的摩尔比为(0.8～1.2)：1；

所述水性聚氨酯和水性聚氨酯固化剂的总质量占上浆剂质量的1％～2％。

优选的，所述水性聚氨酯固化剂为异氰酸酯-多元醇加成物、异氰酸酯缩二脲、异氰酸酯多聚体和封闭型异氰酸酯中的一种或多种。

优选的，所述水性聚氨酯的制备方法包括：将二异氰酸酯和多元醇在70～110℃下缩聚反应2～6h得到水性聚氨酯；

所述二异氰酸酯中异氰酸酯基和多元醇中的醇羟基摩尔比为1：(1.5～3)。

优选的，所述二异氰酸酯为4,4'-二环己基甲烷异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、四甲基二甲亚苯基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯中的一种或多种；

所述多元醇为聚乙二醇、聚丙二醇、聚四亚甲基醚二醇、聚己二酸乙二醇酯二醇和聚己二酸丁二醇酯二醇中的一种或多种。