[发明专利]PBO纤维复合材料的制备方法及其专用表面处理剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料的制备方法，特别是BPO纤维复合材料的制备方法。还涉及一种表面处理剂，特别是BPO纤维专用表面处理剂。

背景技术

文献“专利申请号是200310107679.6的中国专利”公开了一种聚合物基复合材料用增强的PBO纤维表面改性处理方法。该方法将PBO纤维浸泡在装有接枝体溶液的塑料或玻璃容器中。然后将上述容器密封并用γ射线辐照，辐照完成后放置20小时至30小时后从容器中取出PBO纤维。该方法将纤维基材与接枝体溶液在直接接触的情况下进行共辐照，从而发生接枝共聚反应。由于接枝反应只发生在纤维的皮层上，PBO纤维分子链的取向结构不受够响，纤维的力学性能降低较小。但该方法操作过程不仅需要专门的高能射线辐射装置，而且处理时间较长，不便于连续化操作。

且文献中的树脂体系配方设计及其性能研究所制备PBO纤维增强复合材料的树脂体系，其复合材料的剪切强度值为12～25MPa。

因此，开发新的PBO纤维表面处理方法，使纤维表面产生易与环氧树脂等基体产生化学键结合的官能基，即保证纤维与树脂复合后的机械性质增强，也保证纤维横截面方向的各种性能不受损失，是目前的研究重点。本发明所采用的用处理剂处理PBO纤维表面的方法及其配方，可克服现有技术的不足，经过处理剂处理后的PBO纤维，可使PBO纤维的表面性质发生较明显的变化。

文献报道中制备PBO纤维增强复合材料的树脂基体常见的有：研究者自制的环氧树脂体系、环氧树脂TDE-85体系、按一定配比将TDE-85 EP和E-51 EP混合的体系，环氧树脂E-51体系。所采用的固化剂有：改性胺固化剂、酸酐固化剂等。在专利文献中，未见有与PBO纤维匹配用树脂基体体系的报道。从公开文献的研究结果可见，这些树脂体系所制备的复合材料剪切强度有待进一步提高。为制备高剪切强度的复合材料，需要发明与处理后PBO纤维匹配的环氧树脂体系，以得到高剪切强度的树脂基复合材料。高剪切强度的树脂基复合材料是航空、航天领域中极具应用潜力的先进结构材料。

发明内容

为了克服现有技术方法制备的PBO纤维增强复合材料剪切强度低的不足，本发明提供一种BPO纤维复合材料的制备方法，将PBO纤维用专用处理剂处理后，经过本发明的基体胶液浸胶，制备PBO纤维增强复合材料，可以得到高剪切强度的树脂基复合材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种BPO纤维专用表面处理剂，其特点是：含质量百分数为15～30％、分子量为2500～3500的含端羧基液体橡胶和质量百分数为70～85％溶剂丙酮。

所述液体橡胶是端羧基聚丁二烯、端羧基聚丁二烯-苯乙烯或者端羧基聚丁二烯-丙烯腈任一种。

一种采用上述专用表面处理剂处理的BPO纤维制备复合材料的方法，其特点是包括下述步骤：

(a)按照质量百分数为15～30％、分子量为2500～3500的含端羧基液体橡胶和质量百分数为70～85％溶剂丙酮配制成表面处理剂；

(b)将PBO纤维浸入装有表面处理剂的容器中，浸入时间8～15s；

(c)按照100质量份的环氧树脂，加入固化剂27～32质量份，加入使环氧树脂质量百分数占13～16％的溶剂丙酮，各组分混合溶解成均相基体胶液；

(d)将经过步骤(b)处理后的PBO纤维浸入均相基体胶液中6～15s，然后将PBO纤维束缠绕在NOL环模具上，室温下放置24～30h固化；

(e)再放入真空干燥箱中加热固化，加热固化条件：真空度-0.1～-0.3MPa，然后在70℃条件下保温2h，在120℃条件下保温2h，在180℃条件下保温5h后，自然冷却至室温，脱模，即得PBO纤维增强复合材料。

所述环氧树脂是分子中含有环氧值为0.41～0.80环氧树脂任一种或者任几种。

所述固化剂是二氨基二苯醚、间苯二胺或者二氨基二苯砜任一种。

本发明的有益效果是：

本发明的PBO纤维专用处理剂的优点主要是：1.处理时间短；2.不需要特殊装置。在纤维经过专用表面处理剂处理后，PBO纤维化学元素的成分比例发生了明显变化，主要体现在C、N、O三种元素，O/C、N/C原子含量比都明显发生了变化，O/C比有明显的提高，N元素含量降低，N/C比明显下降。表明PBO纤维经处理剂改性后，其表面引入了极性基团，增加了表面的极性组成部分。O/C比率增加，所增加的O能形成活性官能团，这些表面的活性化学组分在纤维与树脂复合时，可与环氧树脂反应又可与固化剂反应，从而使纤维与树脂之间产生连接界面的化学键。