[发明专利]一种提高芳纶纤维与环氧树脂浸润性和粘接性的方法

说明书

本发明提供一种提高芳纶纤维或芳纶织物与环氧树脂浸润性和/或粘接性的方法或处理芳纶纤维或芳纶织物的方法，所述方法包括以下步骤：(1)物理法处理，包括对芳纶纤维或芳纶织物依次进行高温溶液超声处理和乙醇超声处理；(2)化学法处理，包括使用上浆剂对经过物理法处理后的芳纶纤维或芳纶织物上浆，其中，所述上浆剂包含间苯二甲基异氰酸酯型热韧性聚氨酯和偶联剂。本发明的方法缩短了芳纶纤维或芳纶织物和环氧树脂的浸润时间，提高了芳纶环氧树脂复合材料的层间剪切强度和弯曲载荷。

技术领域

本发明属于高性能纤维复合材料领域，涉及一种提高芳纶纤维与环氧树脂浸润性和粘接性的方法。

背景技术

对位芳纶纤维具有比强度高、比模量高、耐化学性、耐热性及高尺寸稳定性等诸多优异的性能。但是对位芳纶是刚性苯环结构，苯环对于酰胺键-CONH-上的氢原子具有强烈的屏蔽作用和位阻效应，导致对位芳纶分子结构缺乏足够的活泼性位点，宏观表现为浸润性差、粘接力弱，因此严重限制了对位芳纶在复合材料领域的应用。

芳纶纤维/环氧树脂复合材料的成型必须充分解决芳纶的浸润性问题，因此需要对芳纶纤维表面进行改性处理，现有技术对芳纶表面改性分为化学改性法和物理改性法，其中化学法包括表面接枝法、表面刻蚀法、偶联剂改性法等，物理法包括共缩聚法、等离子体法、表面涂层法、高能射线法、超声浸渍法等。物理法侧重于增加纤维表面的粗糙程度，而化学法是在纤维表面引入官能团。但现有的芳纶表面改性方法都存在操作复杂，对设备要求较高，且对纤维存在一定损伤的缺点。

芳纶纤维/环氧树脂复合材料的生产不仅要解决芳纶纤维浸润性问题，还要解决其工业化和产业化实施的问题，也就是规模化加工的可操作性。现有的芳纶表面改性方法不仅对加工设备要求较高，且工艺过程较为复杂，处理时间长，对纤维损伤大，最终导致成本增加，而且及其不利于产业化。

复合材料中，纤维作为增强体以机织布、经编织物或者单向无纬布等不同形式使用，纤维的可加工性也是影响复合材料性能的重要因素之一。芳纶纤维在生产加工过程最后一步都会进行上油处理，目的是增加纤维的集束性，也有利于纤维的进一步织造加工。现有技术基本都是针对芳纶纤维本身的处理技术，会对纤维造成一定损伤，也不利于纤维下一步加工制造成织物。现有物理法处理的纤维表面变粗糙且油剂消除或分布不再均匀，会导致纤维加工后磨损程度不一，反而导致局部缺陷。现有化学法处理的纤维在织造过程中可能因摩擦导致掉粉，会影响处理的效果。

发明内容

本发明主要解决的是芳纶纤维和环氧树脂的浸润性差、粘接力差的问题。本发明提供了一种提高芳纶纤维或芳纶织物(特别是芳纶织物，例如芳纶机织布)与环氧树脂的浸润性和/或粘接性的工艺方法，特别是一种新型的芳纶纤维或芳纶织物前处理方法，缩短了芳纶纤维或芳纶织物和环氧树脂的浸润时间，提高了芳纶纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度和弯曲载荷。采用本发明的方法处理后的芳纶纤维或芳纶织物适用于芳纶环氧树脂复合材料，尤其是适用于锂电组装(PACK)电池箱复合材料。

具体而言，本发明的一个方面一种提高芳纶纤维或芳纶织物与环氧树脂浸润性和/或粘接性的方法或处理芳纶纤维或芳纶织物的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)物理法处理，包括对芳纶纤维或芳纶织物依次进行高温溶液超声处理和乙醇超声处理，其中，所述高温溶液超声处理包括使用洗涤溶液在60℃以上的温度下进行超声处理，所述洗涤溶液包含十二烷基苯磺酸钠和脂肪醇醚硫酸钠；

(2)化学法处理，包括使用上浆剂对经过物理法处理后的芳纶纤维或芳纶织物上浆，其中，所述上浆剂包含间苯二甲基异氰酸酯型热韧性聚氨酯和任选的偶联剂。

在一个或多个实施方案中，所述上浆剂包含间苯二甲基异氰酸酯型热韧性聚氨酯和端环氧基聚醚型硅氧偶联剂。

在一个或多个实施方案中，所述洗涤溶液中，十二烷基苯磺酸钠的含量为5-15wt％，脂肪醇醚硫酸钠的含量为5-15wt％。

在一个或多个实施方案中，所述洗涤溶液的pH为8-9。