[发明专利]聚碳酸酯型芳纶纤维复合材料用表面上浆剂及制备和应用

说明书

本发明涉及一种聚碳酸酯型芳纶纤维复合材料用表面上浆剂及其制备和应用，表面上浆剂主要由改性聚碳酸酯型聚氨酯树脂、纳米芳纶和水构成的乳化剂；改性聚碳酸酯型聚氨酯树脂的结构式为：R为聚碳酸酯多元醇有机基，R¹为二异氰酸酯有机基，R²～R⁴为OMe或者OEt，n的取值为1n6；方法为：制备水性聚碳酸酯型聚氨酯，再加入硅烷偶联剂、羟甲基酸类扩链剂，经中和后得到改性聚碳酸酯型聚氨酯溶液；将纳米芳纶加入其中分散，再加水乳化得到表面上浆剂；将表面上浆剂涂覆在芳纶纤维表面，制得上浆后的复合材料；涂覆量为芳纶纤维质量的10％～30％。本发明对芳纶纤维的表面进行改性，提高界面作用力，提高纤维强度，为芳纶在复合材料中的应用提供有效的处理方法。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种聚碳酸酯型芳纶纤维复合材料用表面上浆剂及制备和应用。

背景技术

芳纶纤维增强聚碳酸酯复合材料由于强度高，质量轻，耐高温等优点广泛应用在汽车，机械，电气，建筑，军用，航空航天等领域。

芳纶纤维增强热塑性材料中，纤维和热塑性树脂两相结合程度直接影响着复合材料的性能。由于芳纶纤维的刚性分子链结构，苯环对酰胺官能团上的氢具有屏蔽作用，使得该氢不活泼，难于被其它基团替代，且表面结晶度高，表面光滑，浸润性差，导致纤维与热塑性树脂界面结合性能差，限制了其在复合材料领域中的应用。现有技术是使用表面处理剂增加极性基团增加粗糙度。此方法虽然改善了芳纶与树脂结合性能，但也在一定程度上使纤维的强度降低。如中国专利公布了一种申请号为201810474008.X，名为上浆剂作为芳纶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，其主要技术是提供了上浆剂作为表面改性处理剂的应用，制备的上浆剂包括水性聚氨酯、水性聚氨酯固化剂和水。该发明通过控制水性聚氨酯中软硬段的比例，增加了纤维表面粗糙度和极性基团，提高界面结合度，但是复合材料的强度还有待提高。

现有技术中，由于聚碳酸酯树脂强的分子间内聚力，导致与纤维界面性较差，针对聚碳酸酯树脂与纤维复合材料的相关研究也较少。中国专利公布了一种申请号为201310459618.X，名为一种纤维增强热塑性复合材料及其制备方法，其主要技术是公开了一种纤维增强热塑性复合材料的制备方法，其中包括纤维的表面处理，在改性表面处理剂中添加0.5～15％的质量分数的热塑性树脂粉末。此方法制作简单，树脂粉末的添加在一定程度上提高了与基体树脂的相容性，制备的纤维增强复合材料的力学性能例如拉伸强度，弯曲强度提高15％。随着工业应用对复合材料需求的提高，力学性能更加优异的纤维增强聚碳酸酯复合材料还有待探究。

因此，开发出一种具有优良力学性能的芳纶表面上浆剂，可以显著提高可提高芳纶纤维树脂复合材料的综合力学性能具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供了一种聚碳酸酯型芳纶纤维复合材料用表面上浆剂及制备和应用。通过在上浆剂中引入纳米芳纶，一方面上浆后可以增加芳纶纤维表面粗糙度，增大表面积，利于纤维和树脂基体产生机械连锁；另一方面相同的芳纶结构，可以在纤维表面形成较强的氢键等分子间作用力，同时引入碳酸酯结构，可以提高与聚碳酸酯树脂之间的界面结合性能。本方法可以针对芳纶纤维的表面进行改性，有利于提高芳纶纤维与聚碳酸酯树脂之间的界面作用力，提高复合材料强度，为芳纶在复合材料中的应用提供有效可靠的表面处理方法。

为达到上述目的，本发明采用的方案如下：

一种聚碳酸酯型芳纶纤维复合材料用表面上浆剂，主要由改性聚碳酸酯型聚氨酯树脂、纳米芳纶(ANF)和水构成的乳化剂；所述改性聚碳酸酯型聚氨酯树脂的结构式为：

其中，R为聚碳酸酯多元醇有机基，R¹为二异氰酸酯有机基，R²～R⁴为OMe或者OEt，n的取值为1n6。

作为优选的技术方案：