[发明专利]纤维的上浆方法、涂覆纤维和纤维增强复合材料

说明书

本发明涉及一种纤维的上浆方法、涂覆纤维和纤维增强复合材料。本发明的纤维的上浆方法包括以下步骤：a)制备包含复合Janus颗粒和分散介质的上浆剂，其中所述复合Janus颗粒的表面具有第一部分和第二部分，所述第一部分包括疏水性聚合物且所述第二部分包括无机材料；b)将所述上浆剂涂覆在纤维的表面上；c)干燥经过步骤b)的纤维，以得到涂覆纤维。本发明的涂覆纤维包括纤维和在其表面的至少一部分上的包含复合Janus颗粒和分散介质的上浆剂的干燥残留物。

技术领域

本发明涉及一种纤维的上浆方法、涂覆纤维和纤维增强复合材料。

背景技术

影响纤维增强树脂复合材料(FRP)的综合性能的诸多因素中，纤维与基体间的界面作用是最重要的。目前的工艺通常采用对纤维进行上浆处理的方法来改善其与基体间的界面强度。根据纤维和基体种类的不同，所使用的上浆剂以及上浆工艺都有明显区别。

应用于FRP材料中的纤维包括玻璃纤维、碳纤维、有机高分子纤维、玄武岩纤维、陶瓷纤维、金属纤维等，其中前三者应用得最为广泛。尤其是，玻璃纤维和碳纤维由于与树脂基质之间的极性差异大，本领域中对于它们表面的改性研究往往是关注的焦点。

通常，采用在纤维表面涂覆上浆剂的手段来改善纤维和树脂基质之间的亲和性，例如可以采用改性环氧树脂作为碳纤维和环氧树脂、聚酰胺树脂复合的上浆剂，可以采用带有长碳链的聚丙烯酸酯作为碳纤维与聚丙烯复合的上浆剂等。然而，纤维上浆改性中需要考虑这样的问题，并不是将纤维与树脂基质结合得越紧密越好的。例如，对于玻璃纤维，使用硅烷偶联剂时对其表面进行处理，可以有效改善玻璃纤维和树脂间的界面作用，使得界面结合强度很高。但是，这带来如下弊端：纤维作为整体的力学性能贡献使得复合材料在纤维延伸方向上的力学性能要显著差异于其他方向，因而当玻璃纤维增强树脂材料收到应力时，树脂和纤维会由于韧性的不同而在界面处产生应力。如果界面结合强度过高的话，应力会集中于纤维上造成破坏。尤其是当使用连续玻璃纤维去进行复合增强时更为明显。因此，拥有适当的界面结合强度以及更好的应力传递性能的界面改性工艺是本领域中所期望的。

近些年来，研究表明，含有纳米材料的上浆剂能够有效改善复合材料界面间的应力传递，从而达到使复合材料力学性能增强的目的。这是因为，纳米粒子的加入可以提高纤维与基体间机械啮合作用，同时在复合材料收到应力时，能够避免界面处应力过于集中。

例如，专利文献1中提供了一种包含玻璃纤维的涂覆纤维束，玻璃纤维的至少一部分涂覆有包含无机颗粒的上浆组合物的残留物。

然而，使用一般的无机颗粒去改性上浆剂时会产生纤维与树脂基质的浸润性差的问题。因此，在上浆剂领域中，无机颗粒大多需要与其他树脂成分配合使用，且其作用效果还有待进一步提高。

另外，由于在实际应用中纤维和树脂基质的组合不同，导致对于上浆剂的组成往往存在特异性要求，这导致为了适应不同的应用场景，提高了上浆剂的设计和生产成本，因此最好是使得上浆剂的组成简单且灵活可变。

专利文献

专利文献1：CN1295540A

发明内容

发明要解决的问题

针对本领域上述存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提供一种新型的纤维上浆方法，其能够以简便的方式得到涂覆纤维，该涂覆纤维既具有优异且可调的应力传递性，又能够呈现出与树脂基质亲和性更高且可调的表面性能，进一步，即使采用组成简单的上浆剂也能够实现上述目的。

另外，本发明所要解决的技术问题还在于提供一种容易得到的并且既具有优异且可调的应力传递性，又能够呈现出与树脂基质亲和性更高且可调的表面性能的该涂覆纤维。另外，本发明所要解决的技术问题还在于提供一种包括本发明的上述纤维的纤维增强复合材料。