[发明专利]一种石英纤维表面处理剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机纤维表面处理剂的技术领域，特别是涉及一种石英纤维表面处理剂及其制备方法。

背景技术

石英纤维具有优异的介电性能，热膨胀系数极小，硬度高，寿命更长，维修性能更好，并可获得明显的质量减轻效果。

复合材料的力学性能主要取决于增强材料的性能，石英纤维是一种高性能无机纤维，具有优良的物理化学性能，广泛应用于各种复合材料体系，尤其是在航空航天领域。作为天线罩复合材料的石英增强纤维，具有介电常数低和正切损耗小的优点，并且具有弹性模量随温度升高而增加的特性，从而保证天线罩材料具有很高的透波率和一定的机械强度。石英纤维增强的树脂基复合材料也应用于高性能领域的覆铜箔板(PCB)，其电学性能、力学性能特别优异，翘曲率很低，综合性能优异。

然而，由于石英纤维刚性大、硬度高、与基体树脂的界面性能差，往往导致复合材料在使用过程中产生微裂纹，从而使其性能下降，特别是在高温高湿环境下，更容易使复合材料的性能恶化。为此，在石英纤维对基体树脂进行增强复合之前，必须对其进行表面处理，以改善石英纤维与基体树脂间的界面性能。

聚酰亚胺是一类综合性能非常优异的聚合物，具有非常优良的耐热性、耐低温性、耐溶剂性、自润滑性以及阻燃等特性，同时，也具有非常优良的力学性能和介电性能。因此，它被广泛地应用于光伏材料、非线性光学材料；宇宙飞船、卫星或太空飞行器等的耐高温材料；航空航天、汽车、机电等方面的先进结构复合材料、C级或200以上级电气绝缘材料、耐高温胶粘剂等；以及电子微电子领域的FPC或PCB的基体材料、IC的层间绝缘材料、超大规模集成电路钝化涂层和α粒子阻挡层涂覆材料等。

石英纤维增强聚酰亚胺基复合材料可应用于雷达天线罩、大电机主绝缘、印制线路板、飞机结构件、导弹锥体部件等。欲制得高性能的石英纤维增强聚酰亚胺基复合材料，必须先制得综合性能优异的石英纤维表面处理剂，以获得石英纤维与聚酰亚胺基体树脂间的良好界面。

有关石英纤维增强聚酰亚胺基复合材料的研究报道非常少，与之配套的相关表面处理剂还未见公开的文献报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种石英纤维表面处理剂及其制备方法，该制备工艺简单、成本低、环境友好、可以在通用设备中完成制备过程，适用于工业生产；且聚酰亚胺石英纤维表面处理剂产品的综合性能优异，适用于玻璃纤维的表面处理，可使玻璃纤维与基体树脂获得良好的界面。

本发明的一种石英纤维表面处理剂，分子结构通式为：

其中：-Q₁-为二元伯胺的残基，选自

-Q₂-为芳香族的二酐连接基，选自

中的一种或几种；

-R-为烷基，选自-CH₃、-C₂H₅、-C₃H₇中的一种或几种；m为大于等于1，且小于20的自然数。

本发明的一种石英纤维表面处理剂的制备方法，包括：

(1)采用摩尔比为1∶1.1-1.2的二元伯胺与芳香族二酐在强极性非质子有机溶剂与四氢呋喃的混合溶剂体系中，于室温下搅拌反应3小时后，加入γ-氨丙基三烷氧基硅烷，于室温下搅拌反应1小时后，获得均相透明粘稠状的聚酰胺酸溶液；其中，二元伯胺是有机硅二元伯胺与芳香族二元伯胺的混合物，且有机硅二元伯胺与芳香族二元伯胺的摩尔比为1∶10-50；γ-氨丙基三烷氧基硅烷的用量为芳香族二酐与二元伯胺的摩尔数之差的两倍；

(2)加入甲苯和酸性催化剂，加热升温至110℃-130℃，回流分水反应8-12小时后，分出甲苯，室温下加入四氢呋喃溶剂调节溶液的固含量为1wt％-5wt％，并于室温下搅拌均匀，得到亚胺化的粘稠状溶液，即为石英纤维表面处理剂。

所述的有机硅二元伯胺的分子结构通式为：

其中：R₁-：-CH₃、-CH₂CH₃、-CH₂CH₂CH₃、 

n为不大于10的自然数。