[发明专利]一种聚酰亚胺纤维表面改性方法及其应用

说明书

本发明涉及一种聚酰亚胺纤维表面改性方法及其应用，该方法包括以下步骤：采用磁控溅射在聚酰亚胺纤维表面沉积二氧化硅，进行表面改性，所述磁控溅射用氩离子对聚酰亚胺纤维清洗2～10min，以所述聚酰亚胺纤维为基材，以SiO₂为靶材，以高纯度氩气为工作气体，以电离的氩离子轰击SiO₂靶。聚酰亚胺纤维采用本发明方法进行表面改性后，纤维和树脂的界面剪切强度有明显提升，同时纤维压缩强度有明显提升。

技术领域

本发明涉及高性能纤维技术领域，尤其涉及一种聚酰亚胺纤维的表面改性方法。

背景技术

聚酰亚胺纤维具有突出的力学性能、耐高低温、耐老化和低吸水、低介电、高绝缘等性能特点，可用于制备轻质高强复合材料，在航空航天、武器装备等领域有广阔的应用前景。复合材料是由增强纤维与树脂基体组成，纤维的力学性能以及纤维与树脂基体之间的界面状态是影响复合材料整体力学性能和服役行为的重要因素。

聚酰亚胺纤维表面光滑且呈化学惰性，缺少与树脂基体反应的化学基团，复合时与树脂基体难以形成有效的粘结。另外，作为一种有机纤维，与碳纤维中存在较强的层间π-π相互作用不同，其分子间作用力较弱，原纤之间只有较弱的范德华力作为横向支撑，因此，在压缩载荷作用下容易失效，从而，限制了聚酰亚胺纤维在复合材料领域的应用。

现有技术针对聚酰亚胺纤维的表面改性技术进行了研究，采用多种物理或化学手段改善纤维和树脂之间的浸润性，提高界面粘结强度。CN104233777A公开了一种聚酰亚胺纤维表面改性的方法，将聚酰亚胺纤维用等离子体处理，然后与含有接枝剂的溶液混合，得到表面改性的聚酰亚胺纤维，提高纤维与树脂的剪切强度。CN110284321A公开了一种葡萄糖改性聚酰亚胺纤维的方法，通过水热反应法在聚酰亚胺纤维表面原位合成纳米碳球，碳球表面有羧基和羟基，使得纤维表面活性基团增多。CN103966833A公开了一种等离子体改性高强高模聚酰亚胺纤维表面的方法，经等离子体处理后纤维浸润性得到改善，表面自由能提高，提高了复合材料的层间剪切强度。CN108625163A和CN108660742A分别公开了一种聚酰亚胺纤维表面修饰氧化石墨烯和碳纳米管的方法，目的是提高纤维表面粗糙度、降低表面能、提高其亲水性和比表面积，可用于热塑性塑料的增强改性。CN106120304A公开了一种聚酰亚胺纤维表面活化的连续化处理方法，纤维表面在碱性环境中水解开环，再进行接枝改性，引入活性基团，提高纤维表面粗糙度和活性基团数量，改善纤维表面活性。CN108486888A公开了一种聚酰亚胺纤维表面仿生修饰的方法，获得聚多巴胺包覆的聚酰亚胺纤维，具有较高的表面极性和表面能，可作为增强体用于复合材料或功能材料中。

然而，上述现有技术虽然采用多种物理或化学方法对聚酰亚胺纤维进行表面改性，引入活性基团，提高纤维与树脂基体之间的界面结合强度，但是均不能解决聚酰亚胺纤维压缩强度低的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种新型的聚酰亚胺纤维表面改性方法，其能够在提高聚酰亚胺纤维和树脂界面结合强度的同时，进一步提高纤维的压缩强度，从而能够解决现有技术中存在的不足。

本发明的另一个目的在于提供一种上述聚酰亚胺表面改性方法的应用。

根据本发明的目的，本发明提供了一种聚酰亚胺纤维表面改性方法，其包括以下步骤：

采用磁控溅射在聚酰亚胺纤维表面沉积二氧化硅，进行表面改性，所述磁控溅射用氩离子对聚酰亚胺纤维清洗2～10min，以所述聚酰亚胺纤维为基材，以SiO₂为靶材，以高纯度氩气为工作气体，以电离的氩离子轰击SiO₂靶。

本发明的聚酰亚胺纤维改性方法基于磁控溅射，采用磁控溅射的方法在聚酰亚胺纤维表面沉积二氧化硅层，利用二氧化硅与树脂优异的浸润性，以及无机材料优异的抗压缩性能，不仅可以提高聚酰亚胺纤维和树脂界面结合强度，还可以进一步提高纤维的压缩强度。