CN101050595A - 纳米无机粉体包覆高分子纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种纳米无机粉体包覆高分子纤维及其制备方法，属于先进复合材料技术领域。以聚对苯撑苯并双噁唑纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等中的至少一种化学纤维为基体，以纳米二氧化钛、纳米氧化硅、纳米氧化镁、纳米氧化锌、纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化镍、纳米氧化钴等中的至少一种纳米无机粉体作为中间包覆粉体，采用浸渍涂覆法在化学纤维表面包覆一层纳米无机粉体薄膜，制备纳米无机粉体包覆高分子纤维复合材料。本发明的优点在于，通过在化学纤维表面包覆纳米无机粉体，充分利用纳米无机粉体与金属、高分子材料结合力较好，或具有防紫外线辐射等优点，开发纳米无机粉体包覆高分子纤维复合材料。

Description

纳米无机粉体包覆高分子纤维及其制备方法
技术领域
本发明属于先进复合材料技术领域，特别涉及一种纳米无机粉体包覆高分子纤维及其制备方法。
背景技术
聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等化学纤维具有高的比强度、比模量和耐高温等一系列优异性能，在国民经济和国防军工各个领域用途广泛[吴国梅.21世纪超高性能之PBO高分子纤维材料.高科技纤维与应用，2002，27(3)：15-18]。但是，上述化学纤维表面光滑且活性低，不适合于将其直接用作增强相制备高性能复合材料。此外，上述化学纤维还存在着耐光色牢度较差，暴露在紫外线中的时间越长，强度下降越多等问题[唐久英.高性能PBO纤维及其应用.中国个体防护装备，2007，(1)：22-25]，这些都严重影响了高性能化学纤维的广泛应用。
Junhui He等人采用化学法在天然纤维蜘蛛丝上包覆纳米TiO2粉体，制备了纳米TiO2粉体包覆蜘蛛丝复合材料[Junhui He，Toyoki Kunitake.Preparation and thermal stability of gold nanoparticles in silk-templatedporous filaments of titania and zirconia.Chemistry of Materials，2004，16：2656-2661]。但是，目前有关纳米无机粉体包覆化学纤维复合材料制备方面的研究尚未见到公开报导。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米无机粉体包覆高分子纤维及其制备方法，通过在化学纤维表面包覆纳米无机粉体，充分利用纳米无机粉体与金属、高分子材料结合力较好，或具有防紫外线辐射等优点，开发纳米无机粉体包覆高分子纤维复合材料，促进高性能化学纤维的广泛应用。
本发明的纳米无机粉体包覆高分子纤维以聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等中的至少一种化学纤维为基体，以纳米二氧化钛、纳米氧化硅、纳米氧化镁、纳米氧化锌、纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化镍、纳米氧化钴等中的至少一种纳米无机粉体作为包覆粉体，采用浸渍涂覆法在化学纤维表面包覆一层纳米无机粉体薄膜，制备纳米无机粉体包覆高分子纤维复合材料。
本发明所述材料的制备方法：
1、取经过表面改性后的纳米无机粉体置于体积为其10～100倍的无水乙醇中，控制温度为50～100℃，超声分散20～120min，制备出均匀分散的乳液；
2、将采用化学法或物理法进行表面改性后的化学纤维浸于上述乳液中，同时乳液中滴加占乳液体积0.01～10％的偶联剂，继续超声振荡60～600min；
3、将表面包覆纳米无机粉体的化学纤维取出，于100～300℃烘干处理60～180min，制得纳米无机粉体包覆高分子纤维复合材料。
本发明所述的纳米无机粉体为纳米二氧化钛、纳米氧化硅、纳米氧化镁、纳米氧化锌、纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化镍、纳米氧化钴等中的至少一种；所述的化学纤维为PBO纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等中的至少一种。
本发明的优点在于，通过在化学纤维表面包覆纳米无机粉体，充分利用纳米无机粉体与金属、高分子材料结合力好，或具有防紫外线辐射等优点，开发纳米无机粉体包覆高分子纤维复合材料。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的熟练技术人员可以根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
实施例：PBO纤维经乙醇、蒸馏水反复清洗后，浸入由多聚磷酸和无水乙醇按体积比1∶1～3配制的改性液中处理1～60min，然后用蒸馏水反复清洗，彻底除去残留的多聚磷酸，于50～150℃烘干处理1～60min，备用。
取1～3g纳米TiO2粉体分散在50～500ml蒸馏水中，同时加入0.01～0.5g多聚磷酸钠，0.01～0.3g十二烷基苯磺酸钠作分散剂，用氨水调节pH值为7～12，超声振荡20～120min，制备均匀分散的纳米TiO2粉体乳液。将该纳米TiO2粉体乳液置于恒温水浴中，升温至50～100℃，保温30～120min。用盐酸调节pH值至2～6，然后滴加1～10ml硅烷偶联剂，强力机械搅拌20～120min，直至纳米TiO2粉体全部沉淀，分离出水相，将纳米TiO2于50～100℃烘干处理20～60min，备用。
取0.5～2.5g上述改性纳米TiO2粉体置于100～300ml无水乙醇中，控制温度为50～100℃，超声分散20～120min，制备出均匀分散的乳液。将改性后的PBO纤维浸于乳液中，同时乳液中滴加0.1～5ml硅烷偶联剂，继续超声振荡60～600min，取出后于100～300℃烘干处理60～180min，制备得到纳米TiO2粉体包覆PBO纤维复合材料。

Claims (3)

1、一种纳米无机粉体包覆高分子纤维，其特征在于，以聚对苯撑苯并双噁唑纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等中的至少一种化学纤维为基体，以纳米二氧化钛、纳米氧化硅、纳米氧化镁、纳米氧化锌、纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化镍、纳米氧化钴等中的至少一种纳米无机粉体作为中间包覆粉体，在化学纤维表面包覆一层纳米无机粉体薄膜。
2、一种制备权利要求1所述的纳米无机粉体包覆高分子纤维的方法，其特征在于，制备工艺为：
(1)取经过表面改性后的纳米无机粉体置于体积为其10～100倍的无水乙醇中，控制温度为50～100℃，超声分散20～120min，制备出均匀分散的乳液；
(2)将采用化学法或物理法进行表面改性后的化学纤维浸于上述乳液中，同时乳液中滴加占乳液体积0.01～10％的偶联剂，继续超声振荡60～600min；
(3)将表面包覆纳米无机粉体的化学纤维取出，于100～300℃烘干处理60～180min，制得纳米无机粉体包覆高分子纤维复合材料。
3、按照权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的纳米无机粉为纳米二氧化钛、纳米氧化硅、纳米氧化镁、纳米氧化锌、纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化镍、纳米氧化钴中的至少一种；所述的化学纤维为PBO纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维中的至少一种。
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