[发明专利]基于芳香族聚酰胺的涂层溶液的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种基于芳香族聚酰胺的涂层溶液的制备方法，包括以下步骤：将低温缩聚反应制备得到的芳香族聚酰胺加到去质子化试剂和二甲基亚砜的混合溶液中反应，再向其中添加环氧氯丙烷和活性试剂制备得到涂层溶液。使用本发明所制备的涂层溶液浸渍芳纶纤维，涂覆后纤维含有大量活性基团，表面粗糙度和表面极性增大，改性纤维增强环氧基复合材料的界面剪切强度和弯曲强度明显提升。

技术领域

本发明属于纤维表面处理技术领域，涉及一种基于芳香族聚酰胺的涂层溶液的制备方法。

背景技术

对位芳纶纤维增强树脂基复合材料由于轻质高强、优异的耐高温特性和耐化学腐蚀性，被广泛应用于航空航天、军工、交通运输、电气、建筑、机械、体育用品等领域，但光滑惰性的纤维表面使得芳纶纤维增强复合材料界面粘结性差，制品力学性能降低，从而极大地限制了应用。

针对以上问题，很多研究学者在芳纶纤维表面接枝功能化反应基团或糙化纤维表面，以提高芳纶纤维与树脂间的粘合特性。近年来，芳纶纳米纤维受到广泛关注。芳纶纳米纤维的直径为3～40nm。将芳纶纳米纤维引入到芳纶纤维表面，芳纶纳米纤维可起到连接芳纶纤维与基体树脂的作用：一方面，芳纶纳米纤维与芳纶纤维可通过强氢键及范德华作用实现有效粘合；另一方面，芳纶纳米纤维表面的活性基团及大比表面积也有利于其与基体树脂的复合。

然而，目前的研究大多是采用金属化反应处理芳纶纤维，从而制备芳纶纳米纤维。一方面该过程反应时间较长，一般需要7天左右；另一方面，制备得到的芳纶纳米纤维结构中所含活性基团较少，对于芳纶纤维与基体树脂间粘结性的改善效果不佳。

因此，本领域需要一种制备时间短、改善芳纶纤维与基体树脂间粘结性效果好的芳纶纤维表面改性涂层溶液。

发明内容

鉴于现有的改善芳纶纤维与基体树脂间粘结性的技术所存在反应时间长、改善效果不佳等的问题，本发明提供一种基于芳香族聚酰胺的表面改性涂层溶液及其制备方法。使用本发明的涂层溶液涂覆芳纶纤维(例如对位芳纶纤维)具有改性效果明显、过程操作简单等优点，改性后的芳纶纤维对基体树脂(例如环氧树脂)显示出优异的粘结性。本发明采用芳香族聚酰胺聚合产物代替传统工艺中使用的芳纶纤维制备涂层溶液，极大地缩短了反应时间。本发明优选采用改性芳香族共聚酰胺制备涂层溶液，能够进一步改善复合材料的界面粘结性。

具体而言，本发明提供一种芳香族共聚酰胺，所述芳香族共聚酰胺由对苯二胺、对苯二甲酰氯和活性第三单体聚合而成，所述活性第三单体选自二氨基二苯醚和二氨基二苯砜中的一种或多种，且所述芳香族共聚酰胺中，来自对苯二甲酰氯的结构单元、来自对苯二胺的结构单元和来自活性第三单体的结构单元的摩尔比为a：b：c，其中，a＝1～1.1，b＝0.5～0.8，b+c＝1。

在一个或多个实施方案中，所述二氨基二苯醚为4,4’-二氨基二苯醚。

在一个或多个实施方案中，所述二氨基二苯砜选自3,3’-二氨基二苯砜和4,4’-二氨基二苯砜中的一种或两种。

在一个或多个实施方案中，所述活性第三单体为4,4’-二氨基二苯醚，且所述芳香族共聚酰胺中，来自对苯二甲酰氯的结构单元、来自对苯二胺的结构单元和来自4,4’-二氨基二苯醚的结构单元的摩尔比为a：b：c₁，其中，a＝1～1.1，b＝0.65～0.75，b+c₁＝1。

在一个或多个实施方案中，所述活性第三单体为3,3’-二氨基二苯砜和4,4’-二氨基二苯砜，且所述芳香族共聚酰胺中，来自对苯二甲酰氯的结构单元、来自对苯二胺的结构单元、来自3,3’-二氨基二苯砜的结构单元和来自4,4’-二氨基二苯砜的结构单元的摩尔比为a：b：c₂：c₃，其中，a＝1～1.1，b＝0.55～0.65，c₂＝0.05～0.15，c₂:c₃＝1:2.5～1:3.5，b+c₂+c₃＝1。