[发明专利]一种COF原位组装-生长改性的有机纤维及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种COF原位组装‑生长改性的有机纤维及其制备方法和应用，其解决了有机纤维复合材料界面结合和低介电性能同步提升的技术问题，其制备方法包括以下步骤：酰亚胺COF种子晶体的溶剂热法制备；酰亚胺COF种子晶体悬浮液的制备；酰亚胺COF种子晶体在有机纤维表面的原位组装；酰亚胺COF在有机纤维表面的溶剂热法原位生长。本发明可用于有机纤维低介电复合材料的制备领域。

技术领域

本发明涉及一种改性的有机纤维及其制备方法和应用，特别是涉及一种COF原位组装-生长改性的有机纤维及其制备方法和应用。

背景技术

有机纤维具有较低的介电常数(ε)和介电损耗(tanδ)，其复合材料常应用于运载火箭、卫星的天线罩等透波领域。但有机纤维多为含有杂环的芳香族聚合物纤维，具有高度的共轭结构，表面呈化学惰性，导致纤维与树脂之间界面结合性差，影响复合材料的整体性能，同时会造成较大的界面极化效应，使得复合材料的ε和tanδ增加。因此，通常需要对纤维表面进行改性，以实现复合材料界面性能和透波性能的同步提升。

公开号为CN109338730A的中国发明专利申请公开了一种利用芳稠环分子通过π-π相互作用自组装到碳纤维表面形成了纳米片状结构的方法，有效改善了复合材料的界面结合强度，为纤维表面的自组装改性提供了理论依据。基于有机纤维表面的芳稠环结构，可以通过π-π堆积、氢键等非共价键作用进行表面自组装改性，在不影响纤维本体性能的同时，提高了与树脂基体的界面结合强度。

有机框架材料包括金属有机框架材料(MOF)和共价有机框架材料(COF)等，分子可设计性强，如设计具有共轭结构配体的MOF或COF材料，则可基于π-π作用在有机纤维表面自组装，实现纤维表面界面相的无损构筑。公开号为CN109293957A的中国发明专利申请公开了一种具有超低介电常数的COFs薄膜材料，其介电常数可低至1.19。主要由于MOF和COF的本征多孔结构，使其具有较低的介电常数和介电损耗，因此在纤维表面自组装有机框架材料，改善界面结合强度的同时，可以降低界面极化效应，提高复合材料的透波性能。

但是，有机纤维表面的芳稠环结构与碳纤维高度石墨化表面结构存在差异，即碳纤维表面石墨化程度高，相对于有机纤维可提供更丰富的组装位点，有利于芳稠环分子在纤维表面的组装，组装条件相对简单，因此若采用相同的组装方式，不能达到预期组装效果；COF材料虽具有较低的介电常数，但尚未应用在复合材料的界面领域。

发明内容

本发明就是为了解决有机纤维复合材料界面结合和低介电性能同步提升的技术问题，提出一种有机纤维复合材料界面结合良好并具有低介电性能的COF原位组装-生长改性的有机纤维及其制备方法和应用。

为此，本发明提供一种COF原位组装-生长改性的有机纤维的制备方法，其包括以下步骤：(1)酰亚胺COF种子晶体的溶剂热法制备：在密闭反应釜中加入芳香族二元酐、多元胺、非质子型极性溶剂，混合均匀后，得到组装生长液，然后进行反应，经洗涤真空干燥，得到酰亚胺COF种子晶体，其中芳香族二元酐与多元胺的摩尔比为(2～1.5)：1；(2)酰亚胺COF种子晶体悬浮液的制备：将所述步骤(1)中得到的酰亚胺COF种子晶体，在低沸点溶剂中超声分散得到酰亚胺COF种子晶体的悬浮液，其中酰亚胺COF种子晶体的质量份数为0.2％～0.4％；(3)酰亚胺COF种子晶体在有机纤维表面的原位组装：将所述步骤(2)中制备的悬浮液加入装有有机纤维的反应釜中，进行反应，使种子晶体组装到有机纤维基板的表面，得到酰亚胺COF种子晶体原位组装的有机纤维；(4)酰亚胺COF在有机纤维表面的溶剂热法原位生长：将所述步骤(1)中得到的组装生长液加入含有所述步骤(3)得到的酰亚胺COF种子晶体原位组装的有机纤维的反应釜中，进行反应，以所述步骤(3)中有机纤维表面的酰亚胺COF种子晶体为反应位点，实现酰亚胺COF晶体在有机纤维表面的原位生长，获得酰亚胺COF原位组装-生长改性的有机纤维。

优选的，所述步骤(1)中，芳香族二元酐为均苯四甲酸二酐、1,4,5,8-萘四甲酸二酐、苝四甲酸二酐中的一种或几种组合。