[发明专利]一种改性复合纤维、其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种改性复合纤维、其制备方法和应用，属于复合材料制备领域。包括称量、研磨、纺丝、极化四个步骤，在合成纤维中掺杂有压电陶瓷颗粒，其中，压电陶瓷颗粒的分子式为。本发明通过将微米级别的压电陶瓷颗粒加入合成纤维的纺丝溶剂中，随着合成纤维的纺丝形成改性复合纤维，为压电陶瓷颗粒提供一个载体，在保证其压电性能的同时，规避了压电陶瓷纤维硬和脆的特性，降低压电陶瓷颗粒的使用量，节省其使用成本。

技术领域

本发明属于复合材料制备领域，尤其是一种改性复合纤维、其制备方法和应用。

背景技术

一方面，纤维增强复合材料是由增强纤维材料，如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等，与基体材料经过缠绕，模压或拉挤等成型工艺而形成的复合材料。根据增强材料的不同，常见的纤维增强复合材料分为玻璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料和芳纶纤维增强复合材料。纤维增强复合材料制成的缠绕件用于多种技术领域中，例如制造熔化坩埚、风管或压力容器。在在做缠绕件时，一般将粘结剂浸渍的纤维沿着线圈模具缠绕并且铺设在线圈芯上。

另一方面，由于无机压电陶瓷材料硬而脆特性以及高温烧结的制造环境，压电陶瓷材料更多停留在片状阶段，对于连续的压电陶瓷纤维制备比较困难，采用的纺丝法或挤出法，需要精密复杂的机械设备和繁琐复杂的工艺控制流程，制备成本较高。而且，在制造过程中，需使用大量有机胶粘剂，不仅对压电陶瓷纤维的压电性能有很大影响，而且仍然不能达到纤维一样的柔软性。

单纯的纤维缠绕件制成复合材料后，每一个缠绕层之间不存在机械连接，仅依靠存在较弱的化学和/或物理结合力连接，在受力或长期使用过程中，特备是一些压力容器，其内部会出现裂纹，但是这些裂纹无法肉眼无法观测到，需要使用一些精密的光学设备或者是破坏性实验才能对其力学性能测试，在实际使用过程中显然不能满足上述条件。因此，申请人试图通过在纤维内部加入磁性或者压电陶瓷纤维，复合材料在受力的时候，复合材料的磁性参数或者电学参数会出现变化，这种变化可以被仪器方便的测试到，从而使使用者间接了解裂纹的情况，以判断和预测复合材料的寿命，达到使用安全。

因此，如何克服无机压电陶瓷材料硬而脆特性，即达到连续化纤维的力学性能，又能满足压电陶瓷纤维的力学性能，成为解决上述问题的关键所在。

发明内容

发明目的：提供一种改性复合纤维、其制备方法和应用，以解决上述背景技术中所涉及的问题。

技术方案：本发明提供一种改性复合纤维，通过在合成纤维中掺杂有压电陶瓷颗粒，其中，所述压电陶瓷颗粒的分子式为，0≤x≤1；0≤y≤0.012。

本发明还提供一种改性复合纤维的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、称量，将氧化铈、碳酸钠、碳酸钾、氧化铌烘干，然后按照分子式计算所需原料，然后精准称取原料；

步骤二、研磨，将称取好的氧化铈、碳酸钠、碳酸钾、氧化铌倒入尼龙罐中，并加入乙醇至恰好研磨原料，然后在球磨机上充分研磨6～12小时，烘干后，在600～800℃煅烧2～6小时；然后加入乙醇，进行二次球磨，在球磨机上充分研磨6～12小时，最后烘干，过筛，得到直径小于20微米的原料颗粒；

步骤三、纺丝，将所述原料颗粒加入合成纤维的纺丝溶剂中，在熔融纺丝机上进行纺丝，得到合成纤维的初生纤维，然后进行冷冻干燥、冷拉伸、退解并捻，得到连续的掺杂有的合成纤维；

步骤四、极化，将所述掺杂有的合成纤维样品固定在夹具上，置于硅油中，增加样品的直流极化电压至2000～3000V/mm，保持30～60min，使其在电场中极化，最后冷冻干燥，即得到所述改性复合纤维。

作为一个优选方案，所述氧化铈在研磨之前，在800～1000℃的温度煅烧2～6小时。

作为一个优选方案，所述原料颗粒的质量占聚合成纤维纺丝溶剂的质量15～45%。