專利名稱：一種用于碳纖維與非極性樹脂結(jié)合界面的改性方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合材料界面改性技術(shù)，具體涉及一種用于聚合物基復(fù)合材料界面改性的方法。
背景技術(shù)：
先進聚合物基復(fù)合材料在航空、航天、軍事、建筑等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用，而界面是復(fù)合材料特有的、極其重要的組成部分，對材料的性能起著重要的、甚至是決定性的作用，已經(jīng)被公認為貫穿復(fù)合材料發(fā)展始終的基礎(chǔ)性和共性的研究課題。界面直接影響復(fù)合材料纖維與基體之間的應(yīng)力傳遞與分散，從而影響復(fù)合材料的偏軸性能；界面特性還影響到復(fù)合材料內(nèi)部的損傷積累與裂紋傳播的歷程，從而影響復(fù)合材料的斷裂韌性；此外，界面還影響復(fù)合材料的耐環(huán)境穩(wěn)定性。
業(yè)已證明，在復(fù)合材料界面微區(qū)(通常為數(shù)納米至數(shù)百納米)，通過調(diào)節(jié)界面現(xiàn)象，可使纖維和基體間具有最佳的匹配而達到理想的復(fù)合效果。因此，正確了解界面的微觀結(jié)構(gòu)信息，開展界面性質(zhì)的研究，按需對復(fù)合材料界面進行化學修飾，對于設(shè)計合理的纖維-聚合物基體界面微結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)復(fù)合材料整體性能的控制具有重要意義。
但是由于增強體、聚合物基體的廣泛性，復(fù)合材料成型工藝的多樣性等原因?qū)е铝司酆衔锘鶑?fù)合材料界面問題的復(fù)雜性。目前，人們對界面作用機理尚未得到統(tǒng)一的認識，尤其是對其界面化學反應(yīng)、界面應(yīng)力、界面相微觀結(jié)構(gòu)、界面微觀性能等特性與復(fù)合材料宏觀整體性能之間的關(guān)聯(lián)尚未很好確立，存在許多亟待澄清和解決的問題。這主要是缺乏可控、穩(wěn)定的表面活化方法，進而導(dǎo)致所形成的纖維表面官能團(包括雜質(zhì))數(shù)量和分布的分散性、無規(guī)性和隨機性，各種官能團、表面形貌、界面作用(包括化學反應(yīng))的復(fù)雜性，從而使得材料在使用過程中不能達到理想的預(yù)期性能。例如，目前碳纖維與非極性的聚芳基乙炔樹脂構(gòu)成的復(fù)合材料在室溫下的層間剪切強度一般為34Mpa，在高溫熱氧老化處理后，層間剪切強度下降到29～32Mpa，因此，不能滿足對復(fù)合材料性能要求較高的應(yīng)用場合的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的復(fù)合材料界面的處理缺乏表面活化方法而導(dǎo)致碳纖維與非極性樹脂構(gòu)成的復(fù)合材料層間剪切強度低的問題，從而提供了一種用于碳纖維與非極性樹脂結(jié)合界面的改性方法。
本發(fā)明的方法按以下步驟進行一、預(yù)處理使用丙酮或乙醇將碳纖維表面原有的涂層除掉；二、制備涂層溶液涂層溶液由乙烯基倍半硅氧烷和四氫呋喃配制而成，所述乙烯基倍半硅氧烷的質(zhì)量占所述涂層溶液總質(zhì)量的1％～2％；三、活化碳纖維使用空氣冷等離子在150～200W的功率下活化碳纖維，使得碳纖維表面產(chǎn)生大量的活性種；四、引入涂層溶液在保持真空的條件下，將涂層溶液引入，使碳纖維在所述涂層溶液中浸泡5～35min，使得表面活化的碳纖維和所述乙烯基倍半硅氧烷反應(yīng)；五、后處理從等離子裝置中取出碳纖維，并在真空中烘干，即可獲得表面改性后的碳纖維。
本發(fā)明是采用含有活性官能團有機無機雜化倍半硅氧烷作為碳纖維表面的改性劑，同時結(jié)合空氣冷等離子活化碳纖維表面，從而在纖維表面上接上與樹脂結(jié)構(gòu)相匹配的官能團。經(jīng)過等離子活化后，在碳纖維表面上引入了碳和氧等活性種，引發(fā)含活性官能團的倍半硅氧烷與碳纖維的反應(yīng)，從而在碳纖維表面上引入單一的與樹脂相匹配的單一的官能團，從而使得處理后的碳纖維與樹脂之間的粘接增強，制備的復(fù)合材料的界面性能大大改善，在高溫下依然具有很好的界面性能。
本發(fā)明適用于碳纖維與非極性的聚芳基乙炔樹脂體系的界面改性處理。采用本發(fā)明處理后的碳纖維和聚芳基乙炔硅樹脂通過模壓可以制備成樹脂含量為35mass％的復(fù)合材料，而這種復(fù)合材料在室溫下的層間剪切強度可達到38～52MPa，與未處理過的碳纖維形成的復(fù)合材料相比，層間剪切強度提高了12～53％，并且上述復(fù)合材料在高溫氧化后，層間剪切強度只下降到32.5～37.5Mpa。


圖1是本發(fā)明中等離子處理時間對復(fù)合材料層間剪切強度的影響結(jié)果圖，圖2是本發(fā)明中含有2％(質(zhì)量比)的乙烯基倍半硅氧烷的涂層溶液的處理時間對復(fù)合材料層間剪切強度的影響結(jié)果圖，圖3是本發(fā)明中含有1％(質(zhì)量比)的乙烯基倍半硅氧烷的涂層溶液的處理時間對復(fù)合材料層間剪切強度的影響結(jié)果圖，圖4是本發(fā)明制備的溶膠凝膠水解縮聚產(chǎn)物乙烯基倍半硅氧烷的傅立葉紅外光譜圖，圖5是本發(fā)明制備的乙烯基倍半硅氧烷的氫核磁共振譜圖，圖6是本發(fā)明制備的乙烯基倍半硅氧烷的碳核磁共振譜圖，圖7是本發(fā)明制備的乙烯基倍半硅氧烷的硅核磁共振譜圖，圖8是本發(fā)明制備的乙烯基倍半硅氧烷的基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時間質(zhì)譜圖。
具體實施例方式具體實施方式
一本具體實施方式
按以下步驟進行一、預(yù)處理使用丙酮或乙醇將碳纖維表面原有的涂層除掉；二、制備涂層溶液涂層溶液由乙烯基倍半硅氧烷和四氫呋喃配制而成，所述乙烯基倍半硅氧烷的質(zhì)量占所述涂層溶液總質(zhì)量的1％～2％；三、活化碳纖維使用空氣冷等離子在150～200W的功率下活化碳纖維，使得碳纖維表面產(chǎn)生大量的活性種；四、引入涂層溶液在保持真空的條件下，將涂層溶液引入，使碳纖維在所述涂層溶液中浸泡5～35min，使得表面活化的碳纖維和所述乙烯基倍半硅氧烷反應(yīng)；五、后處理從等離子裝置中取出碳纖維，并在真空中烘干，即可獲得表面改性后的碳纖維。
本具體實施方式
的第五步中在真空中烘干的溫度是50～60℃。本具體實施方式
的第三步中使用空氣冷等離子處理碳纖維的時間為5～15min。當?shù)入x子裝置的功率固定不變時，可以調(diào)節(jié)空氣冷等離子處理碳纖維的時間來控制對纖維的活化效果，這樣控制活化碳纖維更為方便、易操作。如圖1所示，帶點的折線表示在175W時采用等離子處理后的復(fù)合材料的層間剪切強度的提高率與等離子處理時間的對應(yīng)關(guān)系，帶斜線的柱形框表示在175W時采用等離子處理后的復(fù)合材料的層間剪切強度與等離子處理時間的對應(yīng)關(guān)系，圖中每個帶斜線的柱形框上面的豎線表示所述復(fù)合材料的層間剪切強度的測量方差。
具體實施方式
二本具體實施方式
與具體實施方式
一的不同點是第二步制備的涂層溶液中乙烯基倍半硅氧烷含有2g，四氫呋喃含有198g；第三步使用空氣冷等離子在175W的功率下活化碳纖維10min；第四步使碳纖維在所述涂層溶液中浸泡15min；第五步使碳纖維在50℃下烘干。其他步驟與具體實施方式
一相同。本具體實施方式
使得纖維表面上出現(xiàn)大量的與非極性結(jié)構(gòu)的聚芳基乙炔相匹配的不飽和雙鍵。采用本具體實施方式
制備得到的倍半硅氧烷改性的碳纖維和聚芳基乙炔硅樹脂通過模壓制備的復(fù)合材料在室溫下的層間剪切強度可達到49.2MPa，與未處理過的碳纖維形成的復(fù)合材料相比，層間剪切強度提高了45％。上述復(fù)合材料在350℃的空氣中氧化30min后，層間剪切強度下降到35.0MPa，質(zhì)量損失1.0％；與未處理過的碳纖維形成的復(fù)合材料相比，在同樣條件下熱氧老化處理后，層間剪切強度下降到31.4MPa，質(zhì)量損失1.7％。可見經(jīng)過本發(fā)明處理后的碳纖維與非極性的聚芳基乙炔樹脂的表面結(jié)合性更好，二者形成的復(fù)合材料層間剪切強度更強了。如圖3所示，帶點的折線表示使用含有1％(質(zhì)量比)的乙烯基倍半硅氧烷的涂層溶液處理后的復(fù)合材料的層間剪切強度的提高率與在涂層溶液中的浸泡時間的對應(yīng)關(guān)系，帶斜線的柱形框表示使用含有1％(質(zhì)量比)的乙烯基倍半硅氧烷的涂層溶液處理后的復(fù)合材料的層間剪切強度與在涂層溶液中的浸泡時間的對應(yīng)關(guān)系，圖中每個帶斜線的柱形框上面的豎線表示所述復(fù)合材料的層間剪切強度的測量方差。
具體實施方式
三本具體實施方式
與具體實施方式
二的不同點是第二步制備的涂層溶液中乙烯基倍半硅氧烷含有4g，四氫呋喃含有196g；第四步使碳纖維在所述涂層溶液中浸泡20min。其他步驟與具體實施方式
二相同。采用本具體實施方式
制得的倍半硅氧烷改性的碳纖維和聚芳基乙炔硅樹脂通過模壓制備的復(fù)合材料在室溫下的層間剪切強度可達到41.7MPa，與未處理過的碳纖維形成的復(fù)合材料相比，層間剪切強度提高了22％。如圖2所示，帶點的折線表示使用含有2％(質(zhì)量比)的乙烯基倍半硅氧烷的涂層溶液處理后的復(fù)合材料的層間剪切強度的提高率與在涂層溶液中的浸泡時間的對應(yīng)關(guān)系，帶斜線的柱形框表示使用含有2％(質(zhì)量比)的乙烯基倍半硅氧烷的涂層溶液處理后的復(fù)合材料的層間剪切強度與在涂層溶液中的浸泡時間的對應(yīng)關(guān)系，圖中每個帶斜線的柱形框上面的豎線表示所述復(fù)合材料的層間剪切強度的測量方差。
具體實施方式
四本具體實施方式
與具體實施方式
二的不同點是第二步制備的涂層溶液中乙烯基倍半硅氧烷的的質(zhì)量占所述涂層溶液總質(zhì)量的1.5％。其他步驟與具體實施方式
二相同。采用本具體實施方式
制得的倍半硅氧烷改性的碳纖維和聚芳基乙炔硅樹脂通過模壓制備的復(fù)合材料在室溫下的層間剪切強度可達到45Mpa。
具體實施方式
五本具體實施方式
與具體實施方式
二的不同點是第三步使用空氣冷等離子在100W的功率下活化碳纖維7min；第四步使碳纖維在所述涂層溶液中浸泡5min。其他步驟與具體實施方式
二相同。采用本具體實施方式
制得的倍半硅氧烷改性的碳纖維和聚芳基乙炔硅樹脂通過模壓制備的復(fù)合材料在室溫下的層間剪切強度可達到39.5MPa，與未處理過的碳纖維形成的復(fù)合材料相比，層間剪切強度提高了14％。本具體實施方式
與具體實施方式
二和具體實施方式
三相比，經(jīng)過具體實施方式
二處理后的碳纖維形成的復(fù)合材料具有相對較好的層間剪切強度。
具體實施方式
六本具體實施方式
與具體實施方式
二的不同點是第三步使用空氣冷等離子在150W的功率下活化碳纖維7min，第五步中在真空烘干的溫度是60℃。其他步驟與具體實施方式
二相同。采用本具體實施方式
制得的倍半硅氧烷改性的碳纖維和聚芳基乙炔硅樹脂通過模壓制備的復(fù)合材料在室溫下的層間剪切強度可達到38.8Mpa。
具體實施方式
七本具體實施方式
與具體實施方式
二的不同點是第三步使用空氣冷等離子在200W的功率下活化碳纖維5min，第五步中在真空烘干的溫度是55℃。其他步驟與具體實施方式
二相同。采用本具體實施方式
制得的倍半硅氧烷改性的碳纖維和聚芳基乙炔硅樹脂通過模壓制備的復(fù)合材料在室溫下的層間剪切強度可達到45.235Mpa。
具體實施方式
八在本具體實施方式
中，第二步制備的涂層溶液中所述乙烯基倍半硅氧烷的制備方法按以下步驟進行(I)、將乙烯基三甲氧基硅烷、無水醇類溶劑和水放到反應(yīng)器皿中，其中所述乙烯基三甲氧基硅烷與所述水的用量摩爾比為1∶3～1∶4，所述乙烯基三甲氧基硅烷與所述無水醇類溶劑的用量摩爾比為1∶2～1∶3；(II)、在所述反應(yīng)器皿中滴加催化劑后，使用磁力攪拌器將所述反應(yīng)器皿中的物質(zhì)攪拌均勻，其中所述催化劑與所述乙烯基三甲氧基硅烷的用量摩爾比為1∶2～1∶3；(III)、再將攪拌后的所述反應(yīng)器皿中的物質(zhì)放在30～40℃下進行水解和縮聚反應(yīng)。本具體實施方式
的所述乙烯基倍半硅氧烷的制備方法中，無水醇類溶劑包括無水乙醇、甲醇或丙酮中的一種。本具體實施方式
的所述乙烯基倍半硅氧烷的制備方法中，催化劑為酸性或者堿性催化劑，包括甲酸、鹽酸或氫氧化鈉中的一種。采用本具體實施方式
時，制備工藝簡單，易操作。采用本具體實施方式
制備的倍半硅氧烷為自由結(jié)構(gòu)、梯形結(jié)構(gòu)、半籠型結(jié)構(gòu)和籠型結(jié)構(gòu)的混合物，如圖4、圖5、圖6、圖7和圖8所示，圖4中的圖(2)為本發(fā)明制備的溶膠凝膠水解縮聚產(chǎn)物乙烯基倍半硅氧烷的傅立葉紅外光譜圖，圖5、圖6和圖7為本發(fā)明制備的乙烯基倍半硅氧烷的核磁共振譜圖，圖8為本發(fā)明制備的乙烯基倍半硅氧烷的基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時間質(zhì)譜圖。
在本具體實施方式
中，所述乙烯基三甲氧基硅烷與所述水的用量摩爾比在小于1∶3時，體系中的水含量過少，很快變得粘稠，在大于1∶4時，反應(yīng)體系中的水含量過多，使得水解縮聚反應(yīng)過程十分漫長；所述乙烯基三甲氧基硅烷與所述無水醇類溶劑的用量摩爾比在小于1∶2時，在體系中觀察到有小液滴懸浮，說明有機相與無機相之間混溶不均勻，在大于3∶1時，凝膠的時間較長，主要原因可能是無水醇類溶劑的含量過多導(dǎo)致硅氧烷前驅(qū)體的水解縮聚反應(yīng)速率減?。凰龃呋瘎┡c所述乙烯基三甲氧基硅烷的用量摩爾比在大于1∶2時水解縮聚反應(yīng)的速率較快，達到凝膠狀態(tài)所需的時間變短，使得體系中的一些未參與反應(yīng)的小分子被包裹在其中，不能揮發(fā)，造成目標產(chǎn)物產(chǎn)率很低，雜質(zhì)較多。針對其他纖維增強聚合物基復(fù)合材料的體系時，合成所需活性官能團改變，工藝條件中的參數(shù)要相應(yīng)的改變，可以通過正交試驗方法來探索最佳工藝。
具體實施方式
九本具體實施方式
與具體實施方式
八的不同點是本具體實施方式
的所述乙烯基倍半硅氧烷的制備方法的第(III)步中水解和縮聚反應(yīng)按以下步驟進行先將所述反應(yīng)器皿中的物質(zhì)放置在完全密封條件下，直到所述反應(yīng)器皿中出現(xiàn)絮狀物；再將所述反應(yīng)器皿中的物質(zhì)放置在半密封條件下，直到所述反應(yīng)器皿中的物質(zhì)呈現(xiàn)粘稠狀；最后將所述反應(yīng)器皿中的物質(zhì)放置在敞開條件下，直到所述反應(yīng)器皿中的物質(zhì)達到粘彈狀態(tài)凝膠為止。其他步驟與具體實施方式
八相同。本具體實施方式
的反應(yīng)過程均可以用肉眼觀察當所述反應(yīng)器皿中出現(xiàn)絮狀物，可以看到在原先澄清的溶液中有像棉絮狀的物質(zhì)出現(xiàn)；當所述反應(yīng)器皿中的物質(zhì)呈現(xiàn)粘稠狀時，拿起所述反應(yīng)器皿旋轉(zhuǎn)可以發(fā)現(xiàn)器皿中的物質(zhì)流動緩慢。
具體實施方式
十本具體實施方式
與具體實施方式
九的不同點是所述乙烯基倍半硅氧烷的制備方法的第(III)步中，水解和縮聚反應(yīng)時，完全密封條件是指用薄膜將所述反應(yīng)器皿密封，半密封條件是指將所述薄膜扎幾個針孔，敞開條件是指將所述薄膜取走。其他步驟與具體實施方式
九相同。利用薄膜來實現(xiàn)水解和縮聚反應(yīng)的反應(yīng)條件是最簡便的方式。
具體實施方式
十一本具體實施方式
與具體實施方式
八的不同點是它的第二步制備的涂層溶液中所述乙烯基倍半硅氧烷的制備方法按以下步驟進行(I)、將乙烯基三甲氧基硅烷、無水乙醇和水放到50ml的燒杯中，其中所述乙烯基三甲氧基硅烷與所述水的用量摩爾比為1∶3，所述乙烯基三甲氧基硅烷與所述無水乙醇的用量摩爾比為1∶3；(II)、在所述燒杯中滴加甲酸，所述甲酸與所述乙烯基三甲氧基硅烷的用量摩爾比為1∶2；(III)、先將攪拌后的所述燒杯用薄膜密封，并放置在35℃的水浴中加熱，反應(yīng)五天后所述燒杯中出現(xiàn)絮狀物，再將所述薄膜扎幾個針孔，并維持水浴溫度為35℃，繼續(xù)加熱二天后燒杯中的物質(zhì)呈現(xiàn)粘稠狀，最后將所述薄膜去掉，并繼續(xù)維持水浴溫度為35℃，直到所述燒杯中的物質(zhì)達到粘彈狀態(tài)為止，凝膠總時間為八天。其他步驟與具體實施方式
八相同。經(jīng)過本具體實施方式
合成的乙烯基倍半硅氧烷最后為凝膠態(tài)，是梯形結(jié)構(gòu)和籠型結(jié)構(gòu)的混合物，基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時間質(zhì)譜測試表明其分子量的范圍在m/z＝487～1608Da。
具體實施方式
十二本具體實施方式
與具體實施方式
十一的不同點是它的第二步制備的涂層溶液中所述乙烯基倍半硅氧烷的制備方法按以下步驟進行(I)、所述乙烯基三甲氧基硅烷與所述水的用量摩爾比為1∶4；(II)、所述甲酸與所述乙烯基三甲氧基硅烷的用量摩爾比為1∶3；(III)、所述燒杯中的物質(zhì)在35℃下進行水解和縮聚反應(yīng)，凝膠總時間為九天。其他步驟與具體實施方式
十一相同。
具體實施方式
十三本具體實施方式
與具體實施方式
十一的不同點是它的第二步制備的涂層溶液中所述乙烯基倍半硅氧烷的制備方法按以下步驟進行(I)、所述乙烯基三甲氧基硅烷與所述水的用量摩爾比為1∶4，所述乙烯基三甲氧基硅烷與所述無水乙醇的用量摩爾比為1∶2；(II)、所述甲酸與所述乙烯基三甲氧基硅烷的用量摩爾比為1∶2.5；(III)、所述燒杯中的物質(zhì)在45℃下進行水解和縮聚反應(yīng)，凝膠總時間為五天。采用本具體實施方式
合成的乙烯基倍半硅氧烷是結(jié)構(gòu)簡單、小分子量自由機構(gòu)的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)物。其他步驟與具體實施方式
十一相同。
具體實施方式
十四本具體實施方式
在制備所述乙烯基倍半硅氧烷時，采用甲醇為無水醇類溶劑。采用本具體實施方式
時，甲醇有毒性，對環(huán)境不好。
具體實施方式
十五本具體實施方式
在制備所述乙烯基倍半硅氧烷時，采用丙酮為無水醇類溶劑。采用本具體實施方式
時，反應(yīng)時間長。
具體實施方式
十六本具體實施方式
在制備所述乙烯基倍半硅氧烷時，采用鹽酸為催化劑。采用本具體實施方式
時，反應(yīng)速度快。
具體實施方式
十七本具體實施方式
在制備所述乙烯基倍半硅氧烷時，采用氫氧化鈉為催化劑。采用本具體實施方式
時，在碳纖維的表面引入了鈉離子，這樣會引起碳纖維的吸水效應(yīng)。
本發(fā)明可以針對不同的纖維和樹脂體系選用不同的活性官能團硅烷制備涂層溶液用于處理復(fù)合材料纖維表面，例如在碳纖維和非極性的聚芳基乙炔樹脂體系中，選用含非極性的不飽和雙鍵的乙烯基硅烷；在碳纖維和極性樹脂如環(huán)氧、酚醛、不飽和聚酯等體系中，選用含有氨基、羥基、酯基、環(huán)氧基等極性官能團的硅烷；在其他增強體，如玻璃纖維等增強的聚合物體系中，可以根據(jù)纖維和樹脂的特性來選擇。所以，根據(jù)纖維和樹脂的特性來選擇不同官能團硅烷制備涂層溶液，并將所述涂層溶液用于處理等離子活化后的碳纖維，也在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于碳纖維與非極性樹脂結(jié)合界面的改性方法，它按以下步驟進行一、預(yù)處理使用丙酮或乙醇將碳纖維表面原有的涂層除掉；其特征在于二、制備涂層溶液涂層溶液由乙烯基倍半硅氧烷和四氫呋喃配制而成，所述乙烯基倍半硅氧烷的質(zhì)量占所述涂層溶液總質(zhì)量的1％～2％；三、活化碳纖維使用空氣冷等離子在150～200W的功率下活化碳纖維，使得碳纖維表面產(chǎn)生大量的活性種；四、引入涂層溶液在保持真空的條件下，將涂層溶液引入，使碳纖維在所述涂層溶液中浸泡5～35min，使得表面活化的碳纖維和所述乙烯基倍半硅氧烷反應(yīng)；五、后處理從等離子裝置中取出碳纖維，并在真空中烘干，即可獲得表面改性后的碳纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于碳纖維與非極性樹脂結(jié)合界面的改性方法，其特征在于它的第五步中在真空中烘干的溫度是50～60℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于碳纖維與非極性樹脂結(jié)合界面的改性方法，其特征在于它的第三步中使用空氣冷等離子處理碳纖維的時間為5～15min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種用于碳纖維與非極性樹脂結(jié)合界面的改性方法，其特征在于它的第二步中所述乙烯基倍半硅氧烷的質(zhì)量占所述涂層溶液總質(zhì)量的1％；第三步使用空氣冷等離子在175W的功率下活化碳纖維10min；第四步使碳纖維在所述涂層溶液中浸泡15min；第五步使碳纖維在50℃下烘干。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于碳纖維與非極性樹脂結(jié)合界面的改性方法，其特征在于它的第二步制備的涂層溶液中所述乙烯基倍半硅氧烷的制備方法按以下步驟進行(I)、將乙烯基三甲氧基硅烷、無水醇類溶劑和水放到反應(yīng)器皿中，其中所述乙烯基三甲氧基硅烷與所述水的用量摩爾比為1∶3～1∶4，所述乙烯基三甲氧基硅烷與所述無水醇類溶劑的用量摩爾比為1∶2～1∶3；(II)、在所述反應(yīng)器皿中滴加催化劑后，使用磁力攪拌器將所述反應(yīng)器皿中的物質(zhì)攪拌均勻，其中所述催化劑與所述乙烯基三甲氧基硅烷的用量摩爾比為1∶2～1∶3；(III)、再將攪拌后的所述反應(yīng)器皿中的物質(zhì)放在30～40℃下進行水解和縮聚反應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于碳纖維與非極性樹脂結(jié)合界面的改性方法，其特征在于所述乙烯基倍半硅氧烷的制備方法中，無水醇類溶劑包括無水乙醇、甲醇或丙酮中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于碳纖維與非極性樹脂結(jié)合界面的改性方法，其特征在于所述乙烯基倍半硅氧烷的制備方法中，催化劑為酸性或者堿性催化劑，包括甲酸、鹽酸或氫氧化鈉中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于碳纖維與非極性樹脂結(jié)合界面的改性方法，其特征在于所述乙烯基倍半硅氧烷的制備方法的第(III)步中水解和縮聚反應(yīng)按以下步驟進行先將所述反應(yīng)器皿中的物質(zhì)放置在完全密封條件下，直到所述反應(yīng)器皿中出現(xiàn)絮狀物；再將所述反應(yīng)器皿中的物質(zhì)放置在半密封條件下，直到所述反應(yīng)器皿中的物質(zhì)呈現(xiàn)粘稠狀；最后將所述反應(yīng)器皿中的物質(zhì)放置在敞開條件下，直到所述反應(yīng)器皿中的物質(zhì)達到粘彈狀態(tài)凝膠為止。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種用于碳纖維與非極性樹脂結(jié)合界面的改性方法，其特征在于所述乙烯基倍半硅氧烷的制備方法的第(III)步中水解和縮聚反應(yīng)時，完全密封條件是指用薄膜將所述反應(yīng)器皿密封，半密封條件是指將所述薄膜扎幾個針孔，敞開條件是指將所述薄膜取走。
10.根據(jù)權(quán)利要求5、6或7所述的一種用于碳纖維與非極性樹脂結(jié)合界面的改性方法，其特征在于它的第二步制備的涂層溶液中所述乙烯基倍半硅氧烷的制備方法按以下步驟進行(I)、將乙烯基三甲氧基硅烷、無水乙醇和水放到50ml的燒杯中，其中所述乙烯基三甲氧基硅烷與所述水的用量摩爾比為1∶3，所述乙烯基三甲氧基硅烷與所述無水乙醇的用量摩爾比為1∶3；(II)、在所述燒杯中滴加甲酸，所述甲酸與所述乙烯基三甲氧基硅烷的用量摩爾比為1∶2；(III)、將攪拌后的所述燒杯放置在35℃的水浴中加熱進行水解和縮聚反應(yīng)，凝膠總時間為八天。
全文摘要
一種用于碳纖維與非極性樹脂結(jié)合界面的改性方法，具體涉及一種用于聚合物基復(fù)合材料界面改性的方法，它是為了解決現(xiàn)有的復(fù)合材料界面的處理缺乏表面活化方法而導(dǎo)致碳纖維與非極性樹脂構(gòu)成的復(fù)合材料層間剪切強度低的問題。本發(fā)明的方法按以下步驟進行一、預(yù)處理；二、制備涂層溶液；三、活化碳纖維；四、引入涂層溶液；五、后處理。采用本發(fā)明處理后的碳纖維和聚芳基乙炔硅樹脂通過模壓可以制備成樹脂含量為35mass％的復(fù)合材料，而這種復(fù)合材料在室溫下的層間剪切強度可達到38～52MPa，在高溫氧化后，層間剪切強度只下降到32.5～37.5Mpa。
文檔編號D06M10/00GK1730743SQ200510010279
公開日2006年2月8日 申請日期2005年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月24日
發(fā)明者黃玉東, 張學忠, 劉麗, 劉立洵, 王天玉, 胡立江 申請人:哈爾濱工業(yè)大學