[发明专利]一种制备芳纶Ⅲ纳米包覆纤维增强复合材料的方法

说明书

本发明公开了一种制备芳纶Ⅲ纳米包覆纤维增强复合材料的方法，先对芳纶Ⅲ纤维进行预处理，再将预处理过的芳纶Ⅲ纤维进行等离子体表面处理，配制PAN和N‑N二甲基甲酰胺混合溶液作为纺丝液，将经等离子体表面处理的芳纶Ⅲ纤维作为芯层，利用静电纺丝平行电极法制备PAN‑芳纶Ⅲ纳米包覆纤维，经乙醇处理干燥后与与环氧树脂基体固化得到PAN‑芳纶Ⅲ纳米包覆纤维增强环氧树脂复合材料。本发明所制备的皮芯结构的纳米包覆纤维，兼具多孔纳米效应和材料特性，既有皮层纳米纤维高孔隙率和比表面积的特征又有芯层芳纶纤维优异的力学性能,解决了现有技术中存在的芳纶纤维与环氧树脂复合材料界面粘接性差的问题。

技术领域

本发明属于纤维增强复合材料技术领域，涉及一种制备芳纶Ⅲ纳米包覆纤维增强复合材料的方法。

背景技术

随着科学技术的不断进步和社会经济的迅速发展,特别是尖端科技的突飞猛进，对材料性能提出越来越多、越来越严和越来越高的要求，传统的单一性能材料在许多方面已不能满足实际需要，普通结构的纺织材料也不再能满足航空、航天、汽车、建筑、医疗器具等领域的更高要求。因而在近几十年的时间里,出现了大量新型结构复杂的纺织材料，并在各个领域发挥出其独特的优越性。

材料的复合化是当代材料科学和工程学发展的大趋势、大潮流，也是新材料技术发展的重要方向。复合材料作为一种新型材料，可以在很大程度上改善单一材料的缺陷问题，因此在航空航天、国防军工、陆上交通运输、建筑与土木工程等各个领域已经得到广泛的应用。在现代复合材料中，纤维增强树脂基复合材料相比较其他增强复合材料，其发展更完善、应用也最广泛，因其具有比强度高、比刚度大、阻尼特性好、疲劳寿命长、力学性能的可设计性、成型工艺性能好、材料品种多等众多优点越来越受到国内外航空航天工业界的高度重视。

树脂基复合材料所采用的增强材料有很多种，主要有玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。在众多增强材料中芳纶纤维增强树脂基复合材料因其具有比强度高、比模量大、耐腐蚀、耐高温等多种优异性能而被广泛应用于航空航天、军事、机械、汽车、电子电气等各个领域，尤其在航空航天领域的结构材料中显示出越来越重要的作用。但从芳纶Ⅲ的结构可知，芳纶Ⅲ纤维表面缺少活性基团，导致其与树脂基体的界面结合强度较低，层间剪切性能较差，最终影响了芳纶Ⅲ与树脂基复合材料力学性能的发挥，这使得芳纶Ⅲ增强复合材料的应用受到极大的限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备芳纶Ⅲ纳米包覆纤维增强复合材料的方法，解决了现有技术中存在的芳纶Ⅲ纤维与环氧树脂复合材料界面粘接性差的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种制备芳纶Ⅲ纳米包覆纤维增强复合材料的方法，具体包括以下步骤：

步骤1、对芳纶Ⅲ纤维进行预处理；

步骤2、将步骤1得到的芳纶Ⅲ纤维放置在等离子体表面处理装置中进行等离子体表面处理；

步骤3、配制PAN和N-N二甲基甲酰胺混合溶液；

步骤4、将步骤2得到的芳纶Ⅲ纤维作为芯层，步骤3得到的混合溶液作为纺丝液，利用静电纺丝平行电极法制备PAN-芳纶Ⅲ纳米包覆纤维；

步骤5、用乙醇溶液对步骤4中得到的PAN-芳纶Ⅲ纳米包覆纤维漂洗处理，然后干燥备用；

步骤6、将步骤5得到的PAN-芳纶Ⅲ纳米包覆纤维与环氧树脂基体固化得到PAN-芳纶Ⅲ纳米包覆纤维增强环氧树脂复合材料。

本发明的特点还在于：

步骤1具体按照以下步骤实施：

步骤1.1、将芳纶Ⅲ纤维浸泡于无水乙醇溶液中20-28h；

步骤1.2、将步骤1.1得到的芳纶Ⅲ纤维放置于超声波清洗仪中处理25-35min；