[发明专利]一种使用结晶性聚芳醚酮上浆剂对增强纤维进行表面修饰的方法

说明书

一种使用结晶性聚芳醚酮上浆剂对增强纤维进行表面修饰的方法，属于增强纤维表面处理技术领域。本发明将可溶性聚芳醚酮前驱体配置为溶液，并在超声振荡条件下加入界面增强填料，制得可溶性聚芳醚酮上浆剂，并置于上浆槽中；使用该上浆剂对增强纤维进行上浆处理后，蒸干溶剂使可溶性聚芳醚前驱体均匀附着在增强纤维表面，随后使增强纤维表面的该前驱体在酸性条件下发生水解反应，转化成具有结晶性、耐热且不溶于有机溶剂的聚芳醚酮；最后蒸干水份得到结晶性聚芳醚酮上浆剂修饰的增强纤维。经修饰后的增强纤维用于增强PEEK树脂时，复合材料界面剪切强度(IFSS)较未上浆碳纤维提升显著(267％)，耐溶剂且能在高温下使用。

技术领域

本发明属于增强纤维表面处理技术领域，具体涉及一种使用结晶性聚芳醚酮上浆剂对增强纤维进行表面修饰的方法。

背景技术

树脂基复合材料由于质轻、机械性能优异和可设计性等被广泛应用于各个领域。随着航空航天和国防事业的发展，传统树脂基复合材料已经难以满足高温、高强度和腐蚀环境下的使用要求，故以聚醚醚酮(PEEK)树脂为代表的特种工程塑料基复合材料的应用越发广泛。但由于聚醚醚酮的分子结构特点，使其很难与增强纤维间产生强相互作用，导致了较低的复合材料界面剪切强度，从而限制了它的应用。

增强纤维上浆剂不但具有保护纤维的作用，还可以提高树脂基体与增强纤维间的相互作用，从而提高树脂基体与增强纤维的粘接能力，阻止小分子渗透和初始微裂纹产生，因此，上浆剂对承受剪切载荷的复合材料有重要意义。聚醚醚酮的结晶结构使其具有优良的热稳定性和耐溶剂性，目前能够增强聚醚醚酮树脂基体与增强纤维相互作用，且能同时发挥PEEK耐热和耐溶剂性的上浆剂尚未有报道。

专利号CN 102926204 A公开了一种带有聚芳醚结构的环氧基上浆剂，旨在通过相似的化学结构提高上浆剂与PEEK的相互作用。但是其配方中没有环氧树脂固化剂导致环氧基残留，而环氧基的热分解温度(≤200℃)，低于PEEK复合材料的加工温度(400℃)，上浆剂热分解产生的小分子会导致界面缺陷，从而影响产品性能；由于未固化的环氧树脂易溶于丙酮等有机溶剂，导致复合材料在复杂的化学环境中(如化工领域、原油开采等)容易在界面处产生缺陷；同时，上述专利中的上浆剂配方所使用的对苯二酚在空气中容易被氧化，二苯甲酮沸点(304.5℃)低于PEEK复合材料的加工温度，同样会影响PEEK复合材料制品的机械性能，故该上浆剂无法良好匹配PEEK基复合材料的加工条件和使用环境。

专利号CN 102817241 A公开了一种含碳纳米管(CNT)的联苯杂萘型聚芳醚酮(PPEK)上浆剂，该上浆剂中PPEK和PEEK相容性较差，无法形成较强的相互作用。由于PPEK不具有结晶性，机械强度低于PEEK，易溶于有机溶剂，且对次氯酸钠(常用消毒剂)不耐受(Journal of Membrane Science,2012,389:416～423，Table 5)，故无法发挥PEEK基复合材料耐候性和耐腐蚀性的优势，故不适用于PEEK基复合材料体系中。哈尔滨工业大学刘文博教授课题组开发的PPEK上浆剂体系(博士论文：PPEK乳液上浆剂的制备与性能表征，李晓飞，哈尔滨工业大学，2012)基于同样理由不适用于PEEK复合材料体系。

北京航空航天大学肇研课题组开发了一种聚醚酰亚胺(PEI)携带氧化石墨烯(GO)的上浆剂体系(Composites Science and Technology,2018,154:175～186)用于增强PEEK和碳纤维(CF)间的界面相互作用，由于PEI和PEEK不完全相容，且无法共结晶，导致对PEEK/CF复合材料界面性能提升有限(44％，第179页，第62行)；由于PEI不具有结晶性，机械强度低于PEEK，易溶于有机溶剂，且酰亚胺基团对碱性环境不耐受，故无法发挥PEEK基复合材料的耐候性和耐腐蚀性优势，因此不适用于PEEK基复合材料体系中。法国图卢兹第三大学Emile Perez课题组开发的PEI上浆剂(Applied Surface Science,2013,266:94～99)基于同样理由不适用于PEEK复合材体系。