[发明专利]TOS改性碳纤维增强聚双环戊二烯复合材料及制备方法

说明书

本发明提供了一种可聚合硅烷偶联剂改性碳纤维层间增强聚双环戊二烯复合材料的方法，是由降冰片烯基三乙氧基硅烷(TOS)改性碳纤维布，并与双环戊二烯经反应注射成型工艺(RIM)共聚合而成，所述碳纤维为SM单向碳纤维布。本发明的TOS改性碳纤维增强聚双环戊二烯复合材料，选择用可聚合型硅烷偶联剂TOS改性SM单向碳纤维布作为增强材料，并与双环戊二烯在钌卡宾催化剂引发下共聚合成制成高强度复合材料。改性后的碳纤维布提高了聚双环戊二烯复合材料的拉伸强度和弯曲强度，相比单纯的碳纤维层间增强聚双环戊二烯复合材料拉伸强度提高了60％，弯曲强度提高了62％。

技术领域

本发明涉及一种复合材料领域，具体地说，涉及可聚合硅烷偶联剂降冰片烯基三乙氧基硅烷(TOS)改性碳纤维增强聚双环戊二烯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚双环戊二烯(Polydicyclopentadiene，简称PDCPD)是一类抗冲击型热固性工程塑料，它是由双环戊二烯(Dicyclopendiene，简称DCPD)单体和催化剂，通过反应注射成型(Reaction Injection Molding，简称RIM)工艺，进行开环易位聚合(Ring-OpeningMetathesis Polymerization，简称ROMP)制备得到的。PDCPD由于具备比较优异的力学和热学性能被广泛应用在汽车配件、运动器材和家具外壳等领域。由于双环戊二烯具备较低的粘度和较快的聚合速度，目前，在工业上，主要利用反应注射成型工艺生产聚双环戊二烯板材。

碳纤维布又称碳素纤维布、碳纤布、碳纤维编织布、碳纤维预浸布、碳纤维加固布、碳布、碳纤维织物、碳纤维带、碳纤维片材(预浸布)等。碳纤维加固布是一种单向碳纤维加固产品，通常采用12K碳纤维丝织造。碳纤维布用于结构构件的抗拉、抗剪和抗震加固，该材料与配套浸渍胶共同使用成为碳纤维复合材料，可构成完整的碳纤维布片材增强体系，适用于处理建筑物使用荷载增加、工程使用功能改变、材料老化、混凝土强度等级低于设计值、结构裂缝处理、恶劣环境服役构件修缮、防护的加固工程。

如果要体现出碳纤维增强聚双环戊二烯复合材料优异的物理机械性能，碳纤维与聚双环戊二烯具有良好的亲和性是关键，而碳纤维表面的上浆剂一般为环氧类上浆剂，与聚双环戊二烯亲和性较差，载荷无法在树脂与纤维之间良好传递，所制备的复合材料机械性能偏低。

现如今，关于聚双环戊二烯/碳纤维复合材料的研究大多集中在改善界面结合质量，但是相当多的表面处理方式效率偏低，成本偏高，无法满足工业界的生产需求。此外，聚双环戊二烯/碳纤维复合材料一般采用注射成型，有需求开展新的成型方式用于满足不同的制件需求以及成本控制，因此，针对碳纤维进行改性，提升其与环戊二烯的结合强度，并利用一种新的低成本成型方式制备复合材料具有重要意义。

硅烷偶联剂主要用于纤维增强塑料。硅烷偶联剂的分子结构式一般为Y-R-Si(OR)3(式中Y为有机官能基,SiOR为硅烷氧基)。硅烷氧基对无机物具有反应性，有机官能基对有机物具有反应性或相容性。因此,当硅烷偶联剂介于无机和有机界面之间，可形成有机基体-硅烷偶联剂-无机基体的结合层。通过硅烷偶联剂将无机物与聚合物两界面连结在一起，以获得最佳的润湿值与分散性。

可聚合硅烷偶联剂降冰片烯基三乙氧基硅烷含有降冰片烯基，双环戊二烯也含有降冰片烯基，因此硅烷偶联剂能与双环戊二烯在催化剂作用下发生共聚合反应，另一方面，其极性基团与碳纤维布表面充分相容且与碳纤维表面的极性基团发生缩合反应，可以明显改善聚双环戊二烯与碳纤维表面的界面相互作用，提高力学性能。

本发明的可聚合硅烷偶联剂改性碳纤维增强聚双环戊二烯复合材料，选择降冰片烯基三乙氧基硅烷作为硅烷偶联剂改性SM单向碳纤维布作为增强材料与双环戊二烯共混聚合成复合材料，改性后的碳纤维布明显提高了聚双环戊二烯复合材料的拉伸强度和弯曲强度，相比单纯的碳纤维层间增强聚双环戊二烯复合材料拉伸强度提高了60％，弯曲强度提高了62％。另外，本发明的TOS改性碳纤维增强聚双环戊二烯复合材料的制备方法操作简单，易于实施，制备效率高。

发明内容