CN110924162A - 一种使用结晶性聚芳醚酮上浆剂对增强纤维进行表面修饰的方法 - Google Patents
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Abstract
一种使用结晶性聚芳醚酮上浆剂对增强纤维进行表面修饰的方法，属于增强纤维表面处理技术领域。本发明将可溶性聚芳醚酮前驱体配置为溶液，并在超声振荡条件下加入界面增强填料，制得可溶性聚芳醚酮上浆剂，并置于上浆槽中；使用该上浆剂对增强纤维进行上浆处理后，蒸干溶剂使可溶性聚芳醚前驱体均匀附着在增强纤维表面，随后使增强纤维表面的该前驱体在酸性条件下发生水解反应，转化成具有结晶性、耐热且不溶于有机溶剂的聚芳醚酮；最后蒸干水份得到结晶性聚芳醚酮上浆剂修饰的增强纤维。经修饰后的增强纤维用于增强PEEK树脂时，复合材料界面剪切强度(IFSS)较未上浆碳纤维提升显著(267％)，耐溶剂且能在高温下使用。
Description
技术领域
本发明属于增强纤维表面处理技术领域，具体涉及一种使用结晶性聚芳醚酮上浆剂对增强纤维进行表面修饰的方法。
背景技术
树脂基复合材料由于质轻、机械性能优异和可设计性等被广泛应用于各个领域。随着航空航天和国防事业的发展，传统树脂基复合材料已经难以满足高温、高强度和腐蚀环境下的使用要求，故以聚醚醚酮(PEEK)树脂为代表的特种工程塑料基复合材料的应用越发广泛。但由于聚醚醚酮的分子结构特点，使其很难与增强纤维间产生强相互作用，导致了较低的复合材料界面剪切强度，从而限制了它的应用。
增强纤维上浆剂不但具有保护纤维的作用，还可以提高树脂基体与增强纤维间的相互作用，从而提高树脂基体与增强纤维的粘接能力，阻止小分子渗透和初始微裂纹产生，因此，上浆剂对承受剪切载荷的复合材料有重要意义。聚醚醚酮的结晶结构使其具有优良的热稳定性和耐溶剂性，目前能够增强聚醚醚酮树脂基体与增强纤维相互作用，且能同时发挥PEEK耐热和耐溶剂性的上浆剂尚未有报道。
专利号CN 102926204 A公开了一种带有聚芳醚结构的环氧基上浆剂，旨在通过相似的化学结构提高上浆剂与PEEK的相互作用。但是其配方中没有环氧树脂固化剂导致环氧基残留，而环氧基的热分解温度(≤200℃)，低于PEEK复合材料的加工温度(400℃)，上浆剂热分解产生的小分子会导致界面缺陷，从而影响产品性能；由于未固化的环氧树脂易溶于丙酮等有机溶剂，导致复合材料在复杂的化学环境中(如化工领域、原油开采等)容易在界面处产生缺陷；同时，上述专利中的上浆剂配方所使用的对苯二酚在空气中容易被氧化，二苯甲酮沸点(304.5℃)低于PEEK复合材料的加工温度，同样会影响PEEK复合材料制品的机械性能，故该上浆剂无法良好匹配PEEK基复合材料的加工条件和使用环境。
专利号CN 102817241 A公开了一种含碳纳米管(CNT)的联苯杂萘型聚芳醚酮(PPEK)上浆剂，该上浆剂中PPEK和PEEK相容性较差，无法形成较强的相互作用。由于PPEK不具有结晶性，机械强度低于PEEK，易溶于有机溶剂，且对次氯酸钠(常用消毒剂)不耐受(Journal of Membrane Science,2012,389:416～423，Table 5)，故无法发挥PEEK基复合材料耐候性和耐腐蚀性的优势，故不适用于PEEK基复合材料体系中。哈尔滨工业大学刘文博教授课题组开发的PPEK上浆剂体系(博士论文：PPEK乳液上浆剂的制备与性能表征，李晓飞，哈尔滨工业大学，2012)基于同样理由不适用于PEEK复合材料体系。
北京航空航天大学肇研课题组开发了一种聚醚酰亚胺(PEI)携带氧化石墨烯(GO)的上浆剂体系(Composites Science and Technology,2018,154:175～186)用于增强PEEK和碳纤维(CF)间的界面相互作用，由于PEI和PEEK不完全相容，且无法共结晶，导致对PEEK/CF复合材料界面性能提升有限(44％，第179页，第62行)；由于PEI不具有结晶性，机械强度低于PEEK，易溶于有机溶剂，且酰亚胺基团对碱性环境不耐受，故无法发挥PEEK基复合材料的耐候性和耐腐蚀性优势，因此不适用于PEEK基复合材料体系中。法国图卢兹第三大学Emile Perez课题组开发的PEI上浆剂(Applied Surface Science,2013,266:94～99)基于同样理由不适用于PEEK复合材体系。
北京化工大学刘杰教授课题组开发的磺化聚醚砜上浆剂(科研论文：复合材料学报，2015,32(2)：420～426)，由于磺化聚醚砜与PEEK不完全相容，且无法共结晶，无法形成较强的相互作用。由于磺化聚醚砜不具有结晶性，机械强度低于PEEK，易溶于有机溶剂，且磺酸基易吸水，故无法发挥PEEK基复合材料耐候性和耐腐蚀性的优势，故不适用于PEEK基复合材料体系。
专利号CN 108004779 A公开了一种用PEEK粉末悬浊乳液对纤维进行表面改性的方法。专利中PEEK粉末不具备使纤维束定型和保护纤维的上浆剂应具备的两种功能，且粉末和纤维束不具备粘合力，容易造成粉末脱落污染环境且失效，而且由于PEEK熔体粘度大，粉末在加工过程中对纤维的浸润能力有限。此外，所使用的烷基酚聚乙烯醚由于热分解温度低于PEEK复合材料的加工温度，故不适用于PEEK复合材料体系中。法国图卢兹第三大学Emile Perez课题组开发的PEEK齐聚物悬浊液上浆剂(SCI论文：Journal of appliedpolymer science,2015,132:42550)基于同样理由不适用于PEEK复合材体系。
发明内容
为解决以上问题，达到使上浆剂均匀浸润，界面层能够结晶、耐溶剂、耐热、且能和PEEK产生强相互作用的目的，本发明使用一种在酸性条件下能够转化成结晶性聚芳醚酮的可溶性聚合物前驱体作为上浆剂的主要成分，在室温下对纤维进行上浆处理后，再经短时间酸化得到结晶性聚芳醚酮上浆修饰的增强纤维。
本发明是通过如下方法来实现的：将可溶性聚芳醚酮前驱体配置为溶液，并在超声振荡条件下加入界面增强填料，制得可溶性聚芳醚酮上浆剂，并置于上浆槽中；使用该上浆剂对增强纤维进行上浆处理后，蒸干溶剂使可溶性聚芳醚前驱体均匀附着在增强纤维表面，随后使增强纤维表面的该前驱体在酸性条件下发生水解反应(以酮亚胺聚醚醚酮为例，其水解反应式如(I)所示)，转化成具有结晶性、耐热且不溶于有机溶剂的聚芳醚酮；最后蒸干水份收卷后，即可得到结晶性聚芳醚酮上浆剂修饰的增强纤维。经修饰后的增强纤维用于增强PEEK树脂时，复合材料界面剪切强度(IFSS)较未上浆碳纤维提升显著(267％)，耐溶剂且能在高温下使用。
n为正整数；
本发明提供一种能够将室温下不溶于有机溶剂的结晶性聚芳醚酮均匀修饰于增强纤维表面，IFSS较未上浆碳纤维提高267％，耐溶剂且能在高温下使用的上浆剂和纤维表面处理方法，其具体步骤如下：
(1)将能够转变为结晶性聚芳醚酮且具备可溶性的聚芳醚酮前驱体溶于其良溶剂中，配置成质量分数0.25～3wt％的溶液，并在超声振荡条件下加入质量分数0～0.8wt％(其中，总质量为聚合物，界面增强填料和溶剂的总和，下文所述质量分数均于此相同)的界面增强填料，得到可溶性聚芳醚酮前驱体上浆剂；例如，将酮亚胺聚醚醚酮溶于四氢呋喃(THF)中，配置成质量分数0.25wt％的溶液作为上浆剂；或者将聚醚醚酮-1,3-二氧戊环溶于NMP中，待充分溶解后，在超声振荡状态下加入质量分数0.1wt％的酸化碳纳米管作为上浆剂；
(2)使用步骤(1)中的上浆剂对增强纤维进行初步上浆处理，纤维提拉速率为1～100mm/min，得到表面修饰上浆剂的增强纤维；例如，当未上浆的碳纤维在上浆槽中有效行程为1m时，提拉速率为100mm/min；
(3)将步骤(2)得到的表面修饰上浆剂的增强纤维蒸干溶剂；例如当使用THF作为溶剂时，可使用电阻丝加热，蒸干温度为100℃；
(4)将步骤(3)蒸干溶剂的表面修饰上浆剂的增强纤维导入到水解槽中，进行酸化水解处理，可溶性聚芳醚酮前驱体转化为不溶的结晶性聚芳醚酮；例如，使用酮亚胺聚醚醚酮质量分数0.25wt％，不含界面增强填料的上浆剂处理未上浆的碳纤维并蒸干溶剂后，导入10wt％的硫酸溶液的水解槽中，发生如图1的化学反应，使结晶性聚醚醚酮均匀修饰在增强纤维表面；
(5)将步骤(4)酸化水解处理后的增强纤维烘干处理，得到结晶性聚芳醚酮修饰的增强纤维。例如，使用酮亚胺聚醚醚酮质量分数0.25wt％，不含界面增强填料的上浆剂处理未上浆的碳纤维并蒸干溶剂后，导入10wt％的硫酸溶液水解槽水解后，在150℃下烘干，得到结晶性聚醚醚酮表面修饰的碳纤维。
步骤(1)中的可溶性聚芳醚酮前驱体为：酮亚胺聚醚醚酮、酮亚胺聚醚醚酮酮、酮亚胺聚醚酮、酮亚胺联苯型聚醚醚酮、酮亚胺聚联苯型醚醚酮酮、聚醚醚酮-1,3-二氧戊环、聚醚醚酮酮-1,3-二氧戊环、聚醚酮-1,3-二氧戊环、联苯型聚醚醚酮-1,3-二氧戊环和联苯型醚醚酮酮-1,3-二氧戊环中的一种或几种。上述聚合物具有良好的溶解性，水解后能生成结晶性聚芳醚酮，利用其溶解性，可将其配置成溶液型上浆剂，克服了专利号CN108004779A中利用粉末对纤维进行表面处理的不足；同时，水解后生成的结晶性聚芳醚酮，不但具有良好的耐溶剂性和高温使用性能，还能与PEEK等特种工程塑料共结晶，提供良好的界面相互作用，使IFSS较未上浆碳纤维最大提高267％。使用上述可溶性聚合物作为上浆剂的主要成分，同时满足了上浆效果、耐溶剂性、高温使用性和界面粘接强度的提高，是本发明的最主要创新点。
步骤(1)中的可溶性聚芳醚酮前驱体的数均分子量为2000～60000g/mol。可溶性聚芳醚酮前驱体的分子量、质量分数，界面增强填料的种类和界面增强填料的质量分数都会影响上浆后增强纤维和树脂基体间的界面性能，如IFSS。2000～60000g/mol的数均分子量是经过大量实验筛选的最优值，数均分子量小于2000g/mol的聚合物作为上浆剂的有效成分时，由于其分子链较短，对界面性能的提升有限，数均分子量大于60000g/mol的聚合物作为上浆剂的有效成分时，溶解性较差，熔体粘度高会导致上浆不均匀，故该数均分子量范围作为权利要求进行限定。
步骤(1)中配置溶液时，可采用的有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基甲酰胺(DMAC)、四氢呋喃(THF)和二氯甲烷中的一种，其中酮亚胺类聚合物宜采用THF作为溶剂，因为酮亚胺类聚合物在THF中具有良好的溶解性，且THF沸点较低，蒸发过程所需的能耗低；基于同样理由1,3-二氧戊环类聚合物根据分子量和化学结构不同，按照二氯甲烷＞DMF＞DMAC＞NMP的优先级选用溶剂。该溶剂选择是经过大量实验匹配筛选的结果，除此之外的溶剂不能同时具备溶解上述前驱体及易烘干的特性。
步骤(1)中的界面增强材料为碳纳米管、酸化碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、笼型聚倍半硅氧烷(POSS)、金纳米粒子、金纳米线、铜纳米粒子、铜纳米线、银纳米粒子、银纳米线、纳米二氧化硅、二氧化硅纳米管、羟基磷灰石纳米管中的一种或几种(上述填料均可购买或自行合成)(。界面增强材料的加入，可以使得IFSS进一步提高，经实验论证，上述材料均能起到界面增强的效果。
步骤(1)中的界面增强材料也可配置为分散液在超声振荡条件下加入到聚合物溶液中。
步骤(2)中的上浆速率是综合考虑了上浆时纤维张力、摩擦破坏，展纤效果以及上浆时间和上浆效率的试验结果。上浆速率低于1mm/min，则上浆效率过低，且展纤效果差；上浆速率高于100mm/min则纤维摩擦破坏严重。具体上浆速率需结合纤维在上浆槽中的有效行程，保证有效上浆时间为10min。
步骤(2)中的纤维为未上浆的碳纤维、洗去上浆剂的碳纤维、未上浆的玄武岩纤维、洗去上浆剂的玄武岩纤维、未上浆的玻璃纤维、洗去上浆剂的玻璃纤维、未上浆的凯夫拉纤维、洗去上浆剂的凯夫拉纤维、未上浆的氮化硼纤维、洗去上浆剂的氮化硼纤维、未上浆的碳纳米管纤维、未上浆的石墨烯纤维和未上浆的纳米碳纤维中的一种。经试验论证，本发明的上浆剂和纤维表面处理方法对碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、氮化硼纤维、碳纳米管纤维和石墨烯纤维、凯夫拉纤维和纳米碳纤维均能起到界面增强效果。同时，已有的商业化上浆剂由于背景技术所述的缺点，其存在对于该发明的效果是有害的，故限定所使用纤维为未上浆或洗去上浆剂的纤维。
步骤(3)中的溶剂蒸发采用红外加热或电阻丝加热。经试验论证，其他加热方式，如热空气加热会由于气流对纤维产生损伤。红外加热和电阻丝加热虽然是常用的加热方式，但对于该发明是安全且有效的加热方式。
步骤(3)中蒸发溶剂时的蒸发温度为：NMP：230℃，DMF：200℃，DMAC：210℃，THF：100℃，二氯甲烷：80℃。真空条件下，上述温度均降低50℃。经试验论证，在连续生产过程中，温度过低在蒸干时会造成溶剂蒸发不净，影响后续加工效果和最终产品性能；温度过高对设备要求高，导致设备投入和能耗变大，故上述温度作为权利要求进行限定。
步骤(4)中酸化水解处理的试剂为浓度0.1～9mol/L的稀硫酸溶液或0.1～9mol/L盐酸溶液。酸化处理时间为2h。步骤(1)中所使用的可溶性聚芳醚酮前驱体在水中即可水解为结晶性聚芳醚酮，酸性条件下水解速率加快以保证水解完全。基于环保角度考虑优先选用稀硫酸溶液。
步骤(5)中烘干温度大于等于145℃，烘干时间为2～5h。由步骤(4)水解获得的结晶性聚芳醚酮处于低结晶度状态，在其玻璃化转变温度以上会发生冷结晶，故保持张力下在较高温度烘干，在烘干水分的同时促使其结晶以消除内应力。
特点和优势：
(1)本发明是一种使用结晶性聚芳醚酮材料对增强纤维进行表面修饰的方法，兼具了上浆均匀、耐溶剂、耐高温和能与聚芳醚酮类特种工程塑料产生强相互作用的特点；
(2)本发明对PEEK等聚芳醚酮类特种工程塑料和纤维的界面剪切性能提升大，较未上浆的碳纤维最大可提升267％，解决了该类树脂基体与纤维间的粘接问题；
(3)本发明原料易得(酮亚胺类聚合物可由酮亚胺单体聚合得到，聚合过程能耗低于商业化聚醚砜；1,3-二氧戊环类聚合物可由商业化聚芳醚酮后处理得到)，可连续生产，可以实现室温上浆且后处理手段温和，是一种具有商业化价值的增强纤维上浆方案；
(4)本发明可选用的聚芳醚酮上浆剂的分子量范围大，能满足不同复合材料需求。
附图说明
图1实施例1中上浆前(a)后(b)碳纤维表面形貌的扫描电镜图；
图2实施例1、2产物的界面剪切性能测试曲线。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的方法做进一步描述，所述的实施例只是对本发明的权利要求的具体描述，权利要求包括但不限于所述的实施例内容。质量分数、上浆速率、数均分子量和酸浓度等范围性限定仅选取代表性实施例例举。
实施例1：
将2.5g酮亚胺聚醚醚酮(数均分子量2000g/mol)溶于997.5mL的NMP中，待完全溶解后置于有效行程1m的上浆槽中，以100mm/min的速率对未上浆的碳纤维束进行上浆处理；初步上浆后的碳纤维在电阻丝蒸发器中以230℃烘干NMP；脱除溶剂的纤维束导入装有0.1mol/L稀硫酸的水解槽中酸化处理2h，水解后得到结晶性聚醚醚酮上浆的碳纤维束，将该碳纤维束在150℃下烘干后收卷，得到结晶性聚醚醚酮上浆的碳纤维。上浆前后碳纤维的表面形貌如图1所示，其与PEEK的IFSS为60MPa，相比未上浆的碳纤维(30MPa)增长100％(IFSS测试曲线见图2)。
实施例2：
将10g酮亚胺聚醚醚酮酮(数均分子量4000g/mol)溶于1040mL的DMF中，待完全溶解后在超声振荡条件下缓慢加入0.25g碳纳米管，充分分散后置于有效行程10mm的上浆槽中，以1mm/min的速率通过对洗去上浆剂(除去上浆剂的方法为丙酮超声洗涤48h)的碳纤维束进行上浆处理；初步上浆后的碳纤维在电阻丝蒸发器中以200℃烘干DMF；脱除溶剂的纤维束导入装有0.9mol/L稀硫酸的水解槽中酸化处理2h，水解后得到结晶性聚醚醚酮酮上浆的碳纤维束，将该碳纤维束在150℃下烘干后收卷，得到结晶性聚醚醚酮酮上浆的碳纤维。其与PEEK的IFSS为110MPa，相比未上浆的碳纤维增强PEEK复合材料的IFSS增长267％(IFSS测试曲线见图2)。
实施例3：
将10g酮亚胺聚醚酮(数均分子量6000g/mol)溶于1060mL的DMF中，待完全溶解后在超声条件下缓慢加入0.5g酸化碳纳米管，充分分散后置于有效行程1m的上浆槽中，以100mm/min的速率对未上浆的玄武岩纤维进行上浆处理；初步上浆后的玄武岩纤维在红外加热蒸发器中以210℃烘干DMAC；脱除溶剂的纤维束导入装有0.9mol/L稀盐酸的水解槽中酸化处理2h，水解后得到结晶性聚醚酮上浆的玄武岩纤维束，将该玄武岩纤维束在150℃下烘干后收卷，得到结晶性聚醚酮上浆的玄武岩纤维。其与PEEK的IFSS为78MPa，相比未上浆的玄武岩纤维(31MPa)增长160％。
实施例4：
将10g酮亚胺联苯型聚醚醚酮(数均分子量8000g/mol)溶于1100mL的THF中，待完全溶解后在超声条件下缓慢加入0.75g石墨烯，充分分散后置于有效行程1m的上浆槽中，以100mm/min的速率对洗去上浆剂的玄武岩纤维进行上浆处理；初步上浆后的玄武岩纤维在红外加热蒸发器中以100℃烘干THF；烘干溶剂的纤维束导入装有0.1mol/L稀盐酸的水解槽中酸化处理2h，水解后得到结晶性联苯型聚醚醚酮上浆的玄武岩纤维束，将该玄武岩纤维束在150℃下烘干后收卷，得到结晶性聚醚酮上浆的玄武岩纤维。其与PEEK的IFSS为83MPa，相比未上浆的玄武岩纤维增长177％。
实施例5：
将10g酮亚胺聚联苯型聚醚醚酮酮(数均分子量10000g/mol)溶于750mL二氯甲烷中，待完全溶解后在超声条件下缓慢加入1g氧化石墨烯，充分分散后置于有效行程1m的上浆槽中，以100mm/min的速率对未上浆的玻璃纤维进行上浆处理；初步上浆后的玻璃纤维在红外加热蒸发器中以80℃烘干二氯甲烷；烘干溶剂的纤维束导入装有0.1mol/L稀盐酸的水解槽中酸化处理2h，水解后得到结晶性联苯型聚醚醚酮酮上浆的玻璃纤维束，将该玻璃纤维束在150℃下烘干后收卷得到结晶性联苯型聚醚醚酮酮上浆的玻璃岩纤维材料。其与PEEK的IFSS为104MPa，相比未上浆的玻璃纤维(35MPa)增长197％。
实施例6：
将10g聚醚醚酮-1,3-二氧戊环(数均分子量20000g/mol)溶于990mL的NMP中，待完全溶解后在超声条件下缓慢加入1g POSS，充分分散后置于有效行程1m的上浆槽中，以100mm/min的速率对洗去上浆剂的玻璃纤维进行上浆处理；初步上浆后的玻璃纤维在红外加热蒸发器中以230℃烘干NMP；脱除溶剂的纤维束导入装有0.1mol/L稀硫酸的水解槽中酸化处理2h，水解后得到结晶性聚醚醚酮上浆的玻璃纤维束，将该玻璃纤维束在150℃下烘干后收卷，得到结晶性聚醚醚酮上浆的玻璃纤维。其与PEEK的IFSS为91MPa，相比未上浆的玻璃纤维增长160％。
实施例7：
将10g聚醚醚酮酮-1,3-二氧戊环(数均分子量30000g/mol)溶于990mL的NMP中，待完全溶解后在超声条件下缓慢加入1g金纳米粒子，充分分散后置于有效行程1m的上浆槽中，以100mm/min的速率对未上浆的氮化硼纤维进行上浆处理；初步上浆后的氮化硼纤维在红外加热蒸发器中以230℃烘干NMP；脱除溶剂的纤维束导入装有0.1mol/L稀硫酸的水解槽中酸化处理2h，水解后得到结晶性聚醚醚酮酮上浆的氮化硼纤维束，将该氮化硼纤维束在150℃下烘干后收卷，得到结晶性聚醚醚酮酮上浆的氮化硼纤维。其与PEEK的IFSS为87，相比未上浆的氮化硼(34MPa)纤维增长156％。
实施例8：
将10g聚醚酮-1,3-二氧戊环(数均分子量40000g/mol)溶于990mL的NMP中，待完全溶解后在超声条件下缓慢加入1g金纳米线，充分分散后置于有效行程1m的上浆槽中，以100mm/min的速率对洗去上浆剂的氮化硼纤维进行上浆处理；初步上浆后的氮化硼纤维在红外加热蒸发器中以230℃烘干NMP；脱除溶剂的纤维束导入装有0.1mol/L稀硫酸的水解槽中酸化处理2h，水解后得到结晶性聚醚酮上浆的氮化硼纤维束，将该氮化硼纤维束在150℃下烘干后收卷，得到结晶性聚醚酮上浆的氮化硼纤维。其与PEEK的IFSS为84，相比未上浆的氮化硼纤维增长147％。
实施例9：
将10g联苯型聚醚醚酮-1,3-二氧戊环(数均分子量50000g/mol)溶于990mL的NMP中，待完全溶解后在超声条件下缓慢加入1g铜纳米粒子，充分分散后置于有效行程1m的上浆槽中，以100mm/min的速率对未上浆的碳纳米管纤维进行上浆处理；初步上浆后的碳纳米管纤维在红外加热蒸发器中以230℃烘干NMP；脱除溶剂的纤维束导入装有0.1mol/L稀硫酸的水解槽中酸化处理2h，水解后得到结晶性联苯型聚醚醚酮上浆的碳纳米管纤维束，将该碳纳米管纤维束在150℃下烘干后收卷，得到结晶性联苯型聚醚醚酮上浆的碳纳米管纤维。其与PEEK的IFSS为108，相比未上浆的碳纳米管纤维(40MPa)增长170％。
实施例10：
将10g联苯型醚醚酮酮-1,3-二氧戊环(数均分子量60000g/mol)溶于990mL的NMP中，待完全溶解后在超声条件下缓慢加入1g铜纳米线，充分分散后置于有效行程1m的上浆槽中，以100mm/min的速率对未上浆的石墨烯纤维进行上浆处理；初步上浆后的石墨烯纤维在红外加热蒸发器中以230℃烘干NMP；脱除溶剂的纤维束进入装有0.1mol/L稀硫酸的水解槽中酸化处理2h，水解后得到结晶性联苯型聚醚醚酮酮上浆的石墨烯纤维束，将该石墨烯纤维束在150℃下烘干后收卷，得到结晶性联苯型聚醚醚酮酮上浆的石墨烯纤维。其与PEEK的IFSS为113，相比未上浆的石墨烯纤维(39)增长190％。
实施例11：
将10g酮亚胺聚醚醚酮(数均分子量60000g/mol)溶于990mL的NMP中，待完全溶解后在超声条件下缓慢加入1g银纳米粒子，充分分散后置于有效行程1m的上浆槽中，以100mm/min的速率对未上浆的凯夫拉纤维进行上浆处理；初步上浆后的凯夫拉纤维在红外加热蒸发器中以230℃烘干NMP；脱除溶剂的纤维束导入装有0.1mol/L稀硫酸的水解槽中酸化处理2h，水解后得到结晶性聚醚醚酮上浆的凯夫拉纤维束，将该凯夫拉纤维束在150℃下烘干后收卷，得到结晶性联聚醚醚酮上浆的凯夫拉纤维。其与PEEK的IFSS为82MPa，相比未上浆的凯夫拉纤维(30MPa)增长173MPa。
实施例12：
将10g酮亚胺聚醚醚酮(数均分子量60000g/mol)溶于990mL的NMP中，待完全溶解后在超声条件下缓慢加入1g银纳米粒线，充分分散后置于有效行程1m的上浆槽中，以100mm/min的速率对洗去上浆剂的凯夫拉纤维进行上浆处理；初步上浆后的凯夫拉纤维在红外加热蒸发器中以230℃烘干NMP；脱除溶剂的纤维束导入装有0.1mol/L稀硫酸的水解槽中酸化处理2h，水解后得到结晶性聚醚醚酮上浆的凯夫拉纤维束，将该凯夫拉纤维束在150℃下烘干后收卷，得到结晶性联聚醚醚酮上浆的凯夫拉纤维。其与PEEK的IFSS为91，相比未上浆的凯夫拉纤维增长203％。
实施例13：
将10g酮亚胺聚醚醚酮(数均分子量60000g/mol)溶于990mL的NMP中，待完全溶解后在超声条件下缓慢加入1g纳米二氧化硅，充分分散后置于有效行程1m的上浆槽中，以100mm/min的速率对未上浆的纳米碳纤维进行上浆处理；初步上浆后的纳米碳纤维在红外加热蒸发器中以230℃烘干NMP；脱除溶剂的纤维束导入装有0.1mol/L稀硫酸的水解槽中酸化处理2h，水解后得到结晶性聚醚醚酮上浆的纳米碳纤维，将该纳米碳纤维在150℃下烘干后收卷，得到结晶性联聚醚醚酮上浆的纳米碳纤维。其与PEEK的IFSS为73MPa，相比未上浆的纳米碳纤维(32MPa)增长118％。
实施例14：
将10g酮亚胺聚醚醚酮(数均分子量60000g/mol)溶于990mL的NMP中，待完全溶解后在超声条件下缓慢加入1g二氧化硅纳米管，充分分散后置于有效行程1m的上浆槽中，以100mm/min的速率对未上浆的碳纤维进行上浆处理；初步上浆后的碳纤维在红外加热蒸发器中以230℃烘干NMP；脱除溶剂的纤维束进入装有0.1mol/L稀硫酸的水解槽中酸化处理2h，水解后得到结晶性聚醚醚酮上浆的碳纤维，将该碳纤维在150℃下烘干后收卷，得到结晶性联聚醚醚酮上浆的碳纤维。其与PEEK的IFSS为96MPa，相比未上浆的碳纤维增长220％。
实施例15：
将10g酮亚胺聚醚醚酮(数均分子量60000g/mol)溶于990mL的NMP中，待完全溶解后在超声条件下缓慢加入1g羟基磷灰石纳米管，充分分散后置于有效行程1m的上浆槽中，以100mm/min的速率对未上浆的碳纤维进行上浆处理；初步上浆后的碳纤维在红外加热蒸发器中以230℃烘干NMP；脱除溶剂的纤维束导入装有0.1mol/L稀硫酸的水解槽中酸化处理2h，水解后得到结晶性聚醚醚酮上浆的碳纤维，将该碳纤维在150℃下烘干后收卷，得到结晶性联聚醚醚酮上浆的碳纤维。其与PEEK的IFSS为89MPa，相比未上浆的碳纤维增长197％。
实施例16：
将10g酮亚胺聚醚醚酮(数均分子量60000g/mol)溶于990mL的NMP中，待完全溶解后在超声条件下缓慢加入0.5g酸化碳纳米管和0.5g氧化石墨烯，充分分散后置于有效行程1m的上浆槽中，以100mm/min的速率对未上浆的碳纤维进行上浆处理；初步上浆后的碳纤维在红外加热蒸发器中以230℃烘干NMP；脱除溶剂的纤维束进入装有0.1mol/L稀硫酸的水解槽中酸化处理2h，水解后得到结晶性聚醚醚酮上浆的碳纤维，将该碳纤维在150℃下烘干后收卷，得到结晶性联聚醚醚酮上浆的碳纤维。其与PEEK的IFSS为108MPa，相比未上浆的碳纤维增长260％。
实施例17：
将30g酮亚胺聚醚醚酮(数均分子量60000g/mol)溶于970mL的NMP中，待完全溶解后在超声条件下缓慢加入8g酸化碳纳米管，充分分散后置于有效行程1m的上浆槽中，以100mm/min的速率对未上浆的凯夫拉纤维进行上浆处理；初步上浆后的凯夫拉纤维在红外加热蒸发器中以230℃烘干NMP；脱除溶剂的纤维束进入装有0.1mol/L稀硫酸的水解槽中酸化处理2h，水解后得到结晶性聚醚醚酮上浆的凯夫拉纤维，将该凯夫拉纤维在150℃下烘干后收卷，得到结晶性联聚醚醚酮上浆的凯夫拉纤维。其与PEEK的IFSS为107MPa，相比未上浆的凯夫拉纤维增长259％。
Claims (9)
1.一种使用结晶性聚芳醚酮上浆剂对增强纤维进行表面修饰的方法，其步骤如下：
(1)将能够转变为结晶性聚芳醚酮且具备可溶性的聚芳醚酮前驱体溶于其良溶剂中，配置成质量分数0.25～3wt％的溶液，并在超声振荡条件下加入质量分数0～0.8wt％的界面增强填料，得到可溶性聚芳醚酮前驱体上浆剂；
(2)使用步骤(1)中的上浆剂对增强纤维进行初步上浆处理，纤维提拉速率为1～100mm/min，得到表面修饰上浆剂的增强纤维；
(3)将步骤(2)得到的表面修饰上浆剂的增强纤维蒸干溶剂；
(4)将步骤(3)蒸干溶剂的表面修饰上浆剂的增强纤维导入到水解槽中，进行酸化水解处理，使结晶性聚醚醚酮均匀修饰在增强纤维表面；
(5)将步骤(4)酸化水解处理后的增强纤维烘干处理，得到结晶性聚芳醚酮修饰的增强纤维。
2.如权利要求1中所述的一种使用结晶性聚芳醚酮上浆剂对增强纤维进行表面修饰的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的可溶性聚芳醚酮前驱体为酮亚胺聚醚醚酮、酮亚胺聚醚醚酮酮、酮亚胺聚醚酮、酮亚胺联苯型聚醚醚酮、酮亚胺聚联苯型醚醚酮酮、聚醚醚酮-1,3-二氧戊环、聚醚醚酮酮-1,3-二氧戊环、聚醚酮-1,3-二氧戊环、联苯型聚醚醚酮-1,3-二氧戊环、联苯型醚醚酮酮-1,3-二氧戊环中的一种或几种。
3.如权利要求1中所述的一种使用结晶性聚芳醚酮上浆剂对增强纤维进行表面修饰的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的可溶性聚芳醚酮前驱体的数均分子量为2000～60000g/mol。
4.如权利要求1中所述的一种使用结晶性聚芳醚酮上浆剂对增强纤维进行表面修饰的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃或二氯甲烷中的一种。
5.如权利要求1中所述的一种使用结晶性聚芳醚酮上浆剂对增强纤维进行表面修饰的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的的界面增强材料为碳纳米管、酸化碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、笼型聚倍半硅氧烷、金纳米粒子、金纳米线、铜纳米粒子、铜纳米线、银纳米粒子、银纳米线、纳米二氧化硅、二氧化硅纳米管、羟基磷灰石纳米管中的一种或几种。
6.如权利要求1中所述的一种使用结晶性聚芳醚酮上浆剂对增强纤维进行表面修饰的方法，其特征在于：步骤(2)中所述的增强纤维为未上浆的碳纤维、洗去上浆剂的碳纤维、未上浆的玄武岩纤维、洗去上浆剂的玄武岩纤维、未上浆的玻璃纤维、洗去上浆剂的玻璃纤维、未上浆的凯夫拉纤维、洗去上浆剂的凯夫拉纤维、未上浆的氮化硼纤维、洗去上浆剂的氮化硼纤维、未上浆的碳纳米管纤维、未上浆的石墨烯纤维或未上浆的纳米碳纤维中的一种。
7.如权利要求1中所述的一种使用结晶性聚芳醚酮上浆剂对增强纤维进行表面修饰的方法，其特征在于：步骤(3)中所述的溶剂蒸发器采用红外加热或电阻丝加热。
8.如权利要求1中所述的一种使用结晶性聚芳醚酮上浆剂对增强纤维进行表面修饰的方法，其特征在于：步骤(4)中所述的酸化水解处理的试剂为浓度0.1～9mol/L的稀硫酸溶液或浓度0.1～9mol/L的盐酸溶液，酸化处理时间为2h。
9.如权利要求1中所述的一种使用结晶性聚芳醚酮上浆剂对增强纤维进行表面修饰的方法，其特征在于：步骤(5)中所述的烘干温度大于等于145℃，烘干时间为2～5h。
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