一种MXene/聚酰胺酰亚胺复合上浆剂及其制备方法和应用技术

一种MXene/聚酰胺酰亚胺复合上浆剂及其制备方法和应用，它涉及纤维上浆剂及其制备方法和应用。它是要解决现有的纤维上浆剂对复合材料的力学性能差的技术问题。本发明专利技术的上浆剂是由Ti

【技术实现步骤摘要】
一种MXene/聚酰胺酰亚胺复合上浆剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及纤维上浆剂的制备方法。
技术介绍
随着航空航天、军工以及汽车工业的发展，纤维增强树脂基复合材料的需求与日剧增，其在汽车和大型飞机上的用量已经成为衡量汽车和飞机结构先进性的重要指标之一。纤维增强树脂基复合材料的基质可以是热固性树脂或热塑性树脂，其中以热塑性树脂为基质的纤维增强热塑性树脂复合材料具有轻质、整体结构可设计性、可重复使用、成型速度快、耐蚀性和高损伤容限等特性，主要应用于航空航天领域，近年来开始在汽车、工程等领域得到广泛应用。然而在应用中发现，纤维表面呈惰性非极性，缺少活性官能团，热塑性树脂通常呈极性且熔点高、熔融粘度大，导致纤维增强热塑性树脂复合材料的界面性能差，使复合材料的力学性能提高受限，进而限制了纤维增强热塑性树脂复合材料的应用。为了提高纤维增强热塑性树脂复合材料的界面性能差通常在纤维表面涂上浆剂。2011年哈尔滨工业大学的硕士论文《碳纤维表面耐高温上浆剂的工艺研究及其效果评价》公开了一种以质量分数为0.1％的聚酰胺酰亚胺作为碳纤维的上浆剂，上浆纤维分别与环氧树脂和双马来酰胺树脂形成的单丝复合材料的耐温性能和而湿热性较好，上浆后的碳纤维仅比裸纤维的拉伸强度提高13.3％，复合材料的力学性能提高不大。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有的纤维上浆剂对复合材料的力学性能差的技术问题，而提供一种MXene/聚酰胺酰亚胺复合上浆剂及其制备方法和应用。本专利技术的MXene/聚酰胺酰亚胺复合上浆剂是由质量百分浓度为1％～10％的Ti3C2TxMXene分散液、质量百分浓度为0.04％～10.00％的分散剂和质量百分浓度为0.1％～10.0％的聚酰胺酰亚胺溶液按质量比为(5～5.5):1:(4～4.5)混合而成。更进一步地，分散剂为三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠或甲基戊醇；更进一步地，聚酰胺酰亚胺为带有胺基和/或羧基的聚酰胺酰亚胺；更进一步地，聚酰胺酰亚胺溶液中的溶剂为去离子水、三氯甲烷、乙醇或N-甲基吡咯烷酮。上述的MXene/聚酰胺酰亚胺复合上浆剂的制备方法，按以下步骤进行：一、制备Ti3C2TxMXene分散液；二、按聚酰胺酰亚胺(PAI)的质量百分浓度为0.1％～10.0％，将聚酰胺酰亚胺加入到溶剂中溶解，得到聚酰胺酰亚胺溶液；三、按质量比为(5～5.5):1:(4～4.5)称取质量百分浓度为1％～10％的Ti3C2TxMXene分散液、质量百分浓度为0.04％～10.00％的分散剂与质量百分浓度为0.1％～10.0％的聚酰胺酰亚胺溶液；先将分散剂加入Ti3C2TxMXene分散液中搅拌均匀，得到Ti3C2TXMXene分散剂溶液，再将聚酰胺酰亚胺溶液加入到Ti3C2MXene分散剂溶液，超声波处理5～30min后，再在温度为15～30℃的条件下持续搅拌10～20分钟，得到MXene/聚酰胺酰亚胺复合上浆剂。更进一步地，步骤一中，Ti3C2TxMXene分散液的制备方法如下：a、将9M的盐酸与LiF加入塑料容器中混合均匀，得到混合液；其中9M的盐酸的体积与LiF的质量之比为(12～15)mL：1g；b、向混合液中加入Ti3AlC2粉末，在温度为50～55℃的条件下磁力搅拌48～50h，得到刻蚀产物---多层Ti3C2TxMXene，然后再将多层Ti3C2TxMXene采用超声降解法分层，得到层状Ti3C2TxMXene；其中Ti3AlC2粉末的质量与混合液体积的比为1g：(10～20)mL；c、将层状产物Ti3C2TxMXene用去离子水洗涤至pH>5，然后离心分离，得到脱层的Ti3C2Tx纳米片；d、将脱层的Ti3C2Tx纳米片分散于蒸馏水中，在氩气气氛中超声处理1.5～2h，再以3500～6000rpm的转速离心处理1～1.5小时，收集上清液，上清液即Ti3C2TxMXene分散液，上清液中Ti3C2TxMXene的质量百分浓度为1％～10％。更进一步地，步骤二中，聚酰胺酰亚胺为带有胺基或羧基的聚酰胺酰亚胺；更进一步地，步骤二中，溶剂为去离子水、三氯甲烷、乙醇或N-甲基吡咯烷酮；更进一步地，步骤三中分散剂为三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠或甲基戊醇；上述的MXene/聚酰胺酰亚胺复合上浆剂的应用是，将其作为热塑性复合材料增强纤维的处理剂使用。利用上述的MXene/聚酰胺酰亚胺复合上浆剂制备纤维增强热塑性复合材料的方法，按以下步骤进行：一、将纤维放入脱浆溶剂中，在温度为60～80℃的条件下回流处理40～50小时；然后将纤维取出，再放入质量百分浓度为5％～50％的氧化剂中，在温度为60～90℃的条件下搅拌0.5～1小时；最后将纤维取出，用水洗净、干燥，得到氧化纤维；二、将氧化纤维浸入到MXene/聚酰胺酰亚胺复合上浆剂中保持5～30min，再用去离子水清洗干净，真空干燥，得到涂覆有聚酰胺酰亚胺和MXene的纤维；三、按涂覆有聚酰胺酰亚胺和MXene的纤维的质量百分比为50％～55％，将涂覆有聚酰胺酰亚胺和MXene的纤维分散到热塑性树脂中，成型后，得到纤维增强热塑性复合材料。更进一步地，步骤一中所述的纤维为碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维；更进一步地，步骤一中所述的脱浆溶剂为丙酮、乙醇或四氢呋喃(THF)；更进一步地，步骤一中所述的氧化剂为高锰酸钾、质量百分浓度为65％～68％浓硝酸、质量百分浓度为96％～98％的浓硫酸、二氧化锰或过氧化氢；更进一步地，步骤二中所述的真空干燥的温度为40～60℃，干燥时间为10～12小时；本专利技术的上浆剂含有Ti3C2TxMXene和聚酰胺酰亚胺，将纤维脱浆处理后，再氧化，然后浸渍至上浆剂中，通过MXene上的羟基、氟离子、氧负离子等与纤维上的羧基、羟基以及聚酰胺酰亚胺上的酰胺键和酰亚胺键形成氢键，同时MXene还可以提高纤维的粗糙度，纳米组分MXene也有利于界面更好的相互作用，另外热塑性聚酰胺酰亚胺与热塑性树脂具有良好的相溶性，这些因素都提高纤维与热塑性树脂的界面结合力。利用本专利技术的上浆剂处理过的纤维制备而成的增强热塑性复合材料的层间剪切强度达到55MPa～85MPa，是未经处理的1.5～2倍，是仅用聚酰胺酰亚胺溶液处理的1～1.5倍。本专利技术的纤维增强热塑性复合材料的可用于航空航天、汽车或工程等领域。附图说明图1是实施例1中未经处理的T300纤维布的纤维的扫描电镜照片；图2是实施例1中氧化纤维布的纤维的扫描电镜照片；图3是实施例1中涂覆有MXene和聚酰胺酰亚胺混合上浆剂的纤维布的纤维的扫描电镜照片；图4是未经处理T300、脱浆后T300、氧化后T300、上浆后T300的表面能对比图；图5是未经处理T300、脱浆后T300、氧化后T300、上浆后T300分别与热塑树脂模压的复合材料的层间剪切强度对比图；图6是实施例2中涂覆有上浆剂的纤维布的纤维的扫描本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MXene/聚酰胺酰亚胺复合上浆剂，其特征在于该复合上浆剂是由质量百分浓度为1％～10％的Ti

【技术特征摘要】
1.一种MXene/聚酰胺酰亚胺复合上浆剂，其特征在于该复合上浆剂是由质量百分浓度为1％～10％的Ti3C2TxMXene分散液、质量百分浓度为0.04％～10.00％的分散剂和质量百分浓度为0.1％～10.0％的聚酰胺酰亚胺溶液按质量比为(5～5.5):1:(4～4.5)混合而成。


2.根据权利要求1所述的一种MXene/聚酰胺酰亚胺复合上浆剂，其特征在于所述的分散剂为三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠或甲基戊醇。


3.根据权利要求1或2所述的一种MXene/聚酰胺酰亚胺复合上浆剂，其特征在于所述的聚酰胺酰亚胺为带有胺基和/或羧基的聚酰胺酰亚胺。


4.根据权利要求1或2所述的一种MXene/聚酰胺酰亚胺复合上浆剂，其特征在于所述的聚酰胺酰亚胺溶液中的溶剂为去离子水、三氯甲烷、乙醇或N-甲基吡咯烷酮。


5.制备权利要求1所述的一种MXene/聚酰胺酰亚胺复合上浆剂的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：
一、制备Ti3C2TxMXene分散液；
二、按聚酰胺酰亚胺(PAI)的质量百分浓度为0.1％～10.0％，将聚酰胺酰亚胺加入到溶剂中溶解，得到聚酰胺酰亚胺溶液；
三、按质量比为(5～5.5):1:(4～4.5)称取质量百分浓度为1％～10％的Ti3C2TxMXene分散液、质量百分浓度为0.04％～10.00％的分散剂与质量百分浓度为0.1％～10.0％的聚酰胺酰亚胺溶液；先将分散剂加入Ti3C2TxMXene分散液中搅拌均匀，得到Ti3C2TXMXene分散剂溶液，再将聚酰胺酰亚胺溶液加入到Ti3C2MXene分散剂溶液，超声波处理5～30min后，再在温度为15～30℃的条件下持续搅拌10～20分钟，得到MXene/聚酰胺酰亚胺复合上浆剂。


6.根据权利要求5所述的一种MXene/聚酰胺酰亚胺复合上浆剂的制备方法，其特征在于步骤一中，Ti3C2TxMXene分散液的制备方法如下：
a、将9M的盐酸与LiF加入塑料容器中混合均匀，得到混合液；其中9M的盐酸的体积与LiF的质量之比为(12～15)mL：1g；
b、向混合液中...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜再兴，苑雪玉，董继东，郑文慧，纪媛，徐丽娟，李阳阳，高国林，李冰，刘丽，黄玉东，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23