[发明专利]一种多羧基聚氨酯接枝提高复合材料界面性能的方法

说明书

一种多羧基聚氨酯接枝提高复合材料界面性能的方法，属于复合材料技术领域，步骤为：将连续纤维经多羧基聚氨酯溶液浸渍后烘干除去溶剂制得预接枝纤维后，置于大气压下空气介质阻挡等离子体装置DBD中进行接枝，将接枝后的连续纤维浸入双马来酰亚胺胶液制得预浸料，最后采用高温模压成型工艺制成连续纤维增强复合材料。多羧基聚氨酯由二元异氰酸酯预聚物与均苯四甲酸酐反应制成，含有多个羧基而具有多个反应活性位点。本发明得到的复合材料能进一步提高界面粘接能力，延长DBD提高纤维表面活性的时间，提高PBO/BMI树脂基复合材料的界面强度；并且可以对连续PBO纤维进行在线DBD接枝，接近大规模连续工业化生产的要求，具有实际应用价值。

技术领域

本发明属于复合材料领域，涉及一种PBO纤维增强树脂基复合材料界面改性方法，尤其涉及一种大气压下空气介质阻挡放电低温等离子体技术接枝改善PBO纤维/BMI树脂基复合材料界面性能的方法。

背景技术

聚苯并噁唑(PBO)纤维是一种高度取向的高结晶的材料，具有皮芯结构。由于高结晶度的原因表面光滑且反应活性低，使得与树脂基体形成的界面粘接时不能形成化学键，故其界面的粘接能力差，材料的界面成为制品中最薄弱的环节，导致最终形成的复合材料制品强度低于设计强度。对纤维表面进行适当的处理，可提高其与树脂基体之间的粘接能力，从而使得复合材料制品的强度接近设计预期。

PBO纤维表面的改性方法很多，主要分为物理作用、化学作用和形成过渡层。其中具备工业条件下处理大批量连续纤维的方法却较少，主要原因是反应条件苛刻，反应时间长等不便因素。使用大气压下空气介质阻挡等离子体DBD接枝技术具有处理时间短、处理条件简单、处理效果提升明显的特点，接近工业化的需求。

聚氨酯作为一类热塑性弹性体，具有高强度、耐磨、高韧性、耐溶剂等优点。聚氨酯中含有-NH基团和-NCO基团，对各种材料的粘粘性能良好，作为界面层强度和韧性都可以达到较高水平；并且聚氨酯树脂本身合成工艺简单，分子可设计自由度高，所以使用聚氨酯作为增容剂对提高界面性能是较好的选择。

使用DBD接枝活性聚氨酯形成的复合材料不仅能提高DBD反应的效率、较长时间保留纤维的表面活性，还能进一步提高界面粘接能力。

目前尚未报道制备适合提高低温介质阻挡等离子体反应活性的一类接枝物。采用带有活性基团的聚氨酯接枝不仅能提高等低温介质阻挡离子体反应的效率，还可以提高PBO/BMI复合材料的界面强度。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种大气压下空气介质阻挡放电低温等离子体技术接枝改善PBO纤维/BMI树脂基复合材料界面性能的方法，也是一种接近工业化需求的在线处理连续纤维表面的方法，采用该方法处理后的纤维表面具有较原表面高反应活性、高粘接能力的特点，处理后的纤维与树脂基体复合后界面粘接能力大幅提高。同时也提供了该方法中所用到的多羧基聚氨酯及其制备方法，由多羧基聚氨酯改性的其他材料能明显改善界面层之间的相容性，且层间强度有所提高。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种多羧基聚氨酯接枝提高复合材料界面性能的方法，连续聚苯并噁唑PBO纤维经多羧基聚氨酯溶液浸渍烘干后置于等离子体处理装置中，采用低温等离子体技术对纤维进行表面改性；然后与双马来酰亚胺树脂溶液浸渍制备纤维增强双马来酰亚胺复合材料预浸料，制备过程中，纤维在张力作用下缠绕；最后采用高温模压成型工艺制成连续纤维增强复合材料。改性方法具体步骤为：

第一步，聚苯并噁唑PBO纤维表面改性处理

1)将连续聚苯并噁唑PBO纤维置于索提装置中，索提24小时～96小时，去除上浆剂。所述的去除上浆剂使用的溶剂为丙酮、乙醇有机溶剂。

2)将聚氨酯溶于有机溶剂中，配置成质量分数不大于20％的聚氨酯接枝液。所述的聚氨酯为多羧基聚氨酯，分子链上含有羧基。所述的有机溶剂为丙酮、N-甲基吡咯烷酮。