CN106496956A - 一种形状记忆合金与树脂界面的改性处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的是一种形状记忆合金与树脂界面的改性处理方法。利用强酸和强碱溶液对镍钛形状记忆合金进行预处理；将经过预处理的镍钛形状记忆合金放入无水甲苯、硅烷偶联剂、纳米颗粒的混合物中进行改性，之后将形状记忆合金取出晾干得到改性后的形状镍钛记忆合金；利用改性后的形状镍钛记忆合金制造形状记忆合金树脂基复合材料。本发明在利用硅烷偶联剂将形状记忆合金与树脂基体用化学键连接的同时，将纳米颗粒涂覆于形状记忆合金表面，增强了形状记忆合金表面的粗糙度，同时利用硅烷偶联剂解决了纳米颗粒分散性差的问题。不仅进一步增强了界面剪切强度，而且在界面脱粘后提供了较大的残余强度，有效提高形状记忆合金树脂基复合材料的界面性能。

Description

一种形状记忆合金与树脂界面的改性处理方法
技术领域
本发明涉及的是一种形状记忆合金复合材料的制备方法，特别是一种形状记忆合金与树脂界面的改性的处理方法。
背景技术
形状记忆合金具有形状记忆、超弹性、高阻尼等优良性能。随着制造工艺的发展，形状记忆合金以纤维、颗粒、薄片、丝、带等形式被添加到树脂基体当中，以提高复合材料的强度、刚度，抗冲击以及断裂韧性等力学性能，使得复合材料能更好满足抑制振动，抗冲击等需求。纤维增强复合材料中纤维与基体的粘结性能会对复合材料整体宏观力学性能产生显著影响，由于无机的形状记忆合金与有机的环氧树脂之间亲和性较差，界面性能的影响显得尤为突出。当形状记忆合金与树脂基体具有较好粘结性能时，外荷载可以通过界面由基体传递到形状记忆合金纤维，使形状记忆合金纤维展现出增强，增韧，提高阻尼等特性。若界面粘结性能较差，形状记忆合金的作用将受到很大限制。
形状记忆合金纤维表面的不同处理方式会对界面性能产生影响。当前采用的表面处理方式很多，包括砂纸打磨、喷砂、酸碱溶液腐蚀、涂层、电化学沉积、激光刻蚀、激光气体渗氮、硅烷偶联剂改性等物理或者化学方式对形状记忆合金纤维表面进行处理，增加纤维表面粗糙度或改变纤维表面成分或是用化学键将有机高分子链与形状记忆合金表面羟基连接，以提高形状记忆合金纤维与基体粘结界面的剪切强度，提高复合材料的整体性能。但目前所采用的方法通常会对记忆合金表面造成较大损伤从而影响记忆合金纤维自身性能。
因此，找到一种效果显著，易于实现，并且对记忆合金造成损伤较小的界面改性方法，对于形状记忆合金树脂基复合材料的制造是很重要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种效果显著、易于实现、并且对记忆合金造成的损伤较小的形状记忆合金与树脂界面的改性处理方法。
本发明的目的是这样实现的：
(1)利用强酸和强碱溶液对镍钛形状记忆合金进行预处理；
(2)将经过预处理的镍钛形状记忆合金放入无水甲苯、硅烷偶联剂KH550、纳米颗粒的混合物中进行改性，之后将形状记忆合金取出晾干得到改性后的形状镍钛记忆合金；
(3)利用改性后的形状镍钛记忆合金制造形状记忆合金树脂基复合材料。
本发明还可以包括：
1、所述无水甲苯、硅烷偶联剂KH550和纳米颗粒的混合物中的硅烷偶联剂含量为3wt.％；纳米颗粒含量为1wt.％～4wt.％。
2、所述预处理是在98wt.％浓硫酸中浸泡20分钟，再在1M氢氧化钠水溶液中浸泡20分钟，然后在98wt.％浓硫酸中浸泡5分钟。
3、所述纳米颗粒选择纳米氧化铝颗粒，平均粒径为100nm。
4、所述进行改性在对混合物进行搅拌的条件下处理6小时。
本发明提供了一种通过硅烷偶联剂与纳米氧化铝颗粒共同作用于形状记忆合金，对形状记忆合金与树脂界面改性的处理方法。在利用硅烷偶联剂将形状记忆合金与树脂基体用化学键连接的同时，将纳米颗粒涂覆于形状记忆合金表面，增强了形状记忆合金表面的粗糙度，同时利用硅烷偶联剂解决了纳米颗粒分散性差的问题。不仅进一步增强了界面剪切强度，而且在界面脱粘后提供了较大的残余强度，有效提高形状记忆合金树脂基复合材料的界面性能。
本发明所述方法可处理的形状记忆合金材料形状包括但不限于箔、线、管、带、饼、棒等；使用的纳米颗粒包括但不限于纳米氧化铝颗粒，纳米颗粒平均粒径包括但不限于100nm；所用的树脂包括但不限于乙烯基411环氧树脂。
本发明所述界面改性方法在室温下进行，形状记忆合金在无水甲苯、硅烷偶联剂KH550、纳米颗粒的混合物中处理时间为6小时。
附图说明
图1为只经过前处理的镍钛形状记忆合金表面SEM图片。
图2为采用无水甲苯、3wt.％硅烷偶联剂KH550、1wt.％平均粒径100nm的纳米氧化铝颗粒的混合物改性后的镍钛形状记忆合金表面SEM图片。
图3为采用无水甲苯、3wt.％硅烷偶联剂KH550、2wt.％平均粒径100nm的纳米氧化铝颗粒的混合物改性后的镍钛形状记忆合金表面SEM图片。
图4为采用无水甲苯、3wt.％硅烷偶联剂KH550、3wt.％平均粒径100nm的纳米氧化铝颗粒的混合物改性后的镍钛形状记忆合金表面SEM图片。
图5为采用无水甲苯、3wt.％硅烷偶联剂KH550、4wt.％平均粒径100nm的纳米氧化铝颗粒的混合物改性后的镍钛形状记忆合金表面SEM图片。
具体实施方式
下面举例对本发明进行详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
选用长度为25cm，直径1mm的镍钛形状记忆合金纤维，其中镍含量为55.8％。
以下所述步骤均在室温下完成。
步骤1：将形状记忆合金纤维进行预处理，预处理具体步骤如下：
用浸透丙酮的无纺纱布将镍钛形状记忆合金表面污渍除去，用去离子水清洗后晾干备用。将镍钛形状记忆合金纤维在质量浓度为98wt.％的浓硫酸中浸泡20分钟，伴随超声波清洗，取出后用去离子水洗净，随后在1M氢氧化钠水溶液中浸泡20分钟，伴随超声波清洗，以在形状记忆合金表面生成足够的羟基，取出后用去离子水洗净，随后在浓硫酸中浸泡5分钟，伴随进行超声波清洗，以去除形状记忆合金纤维表面多余的Na离子。预处理后的形状记忆合金纤维用去离子水洗净，干燥后备用。预处理后的形状记忆合金纤维表面附着大量羟基，可与硅烷偶联剂进一步反应。
步骤2：对预处理后的形状记忆合金纤维进行表面改性处理，具体步骤如下：
在无水甲苯中加入质量含量为3％的硅烷偶联剂KH550和质量含量为3％的平均粒径为100nm的纳米氧化铝颗粒，将预处理后的形状记忆合金纤维置于混合物中，在室温下用磁力搅拌器以2000转/分钟的速度进行搅拌，6小时后取出晾干，存储在充满氮气的容器中备用。经过改性处理后的形状记忆合金纤维表面嫁接上了偶联剂分子，并且表面均匀分布一层纳米氧化铝颗粒，表面粗糙度有了显著提高。
步骤3：制备形状记忆合金树脂基复合材料，具体步骤如下：
(1)配制形状记忆合金复合材料的基体材料，基体材料为树脂、固化剂、促进剂的混合物，树脂采用乙烯基411环氧树脂，固化剂采用过氧化甲乙酮，促进剂采用二甲基苯胺。树脂，固化剂，促进剂的质量比为100:2:0.5。将混合物搅拌均匀后将其放入真空箱，抽真空15分钟以除去混合物内部的气泡，防止气泡在界面处引入初始缺陷。
(2)将处理后的形状记忆合金放入硅胶模具中，在模具中浇入配置好的混合物，常温固化6小时。
步骤4：进行单纤维拔出实验，验证界面改性方法的效果，具体步骤如下：
将试样放入金属卡具，拉伸试验机一端连接卡具端部，一端夹持形状记忆合金纤维进行拔出试验，拉伸速度为2mm/min。表1所示为单纤维拔出试样最大界面粘结力测试结果。结果表明，经过本发明改性方法处理后的试样与仅经过预处理的试样相比，最大粘结力有了显著提升。其中采用采用无水甲苯、3％硅烷偶联剂KH550、3％平均粒径100nm的纳米氧化铝颗粒的混合物改性后的形状记忆合金界面最大粘结力最大，与仅经过预处理的试样相比提升了118.78％。因此，在记忆合金纤维表面采用硅烷偶联剂和纳米颗粒改性可有效提高形状记忆合金树脂基复合材料的界面性能。
表1单纤维拔出试样最大界面粘结力测试结果
本发明提出的方法改进了形状记忆合金与树脂之间的界面性能，在利用硅烷偶联剂将形状记忆合金与树脂基体用化学键连接的同时，将纳米颗粒涂覆于形状记忆合金表面，增强了形状记忆合金表面的粗糙度，同时利用硅烷偶联剂解决了纳米颗粒分散性差的问题。不仅进一步增强了界面剪切强度，而且在界面脱粘后提供了较大的残余强度，有效提高形状记忆合金树脂基复合材料的界面性能。

Claims (9)

1.一种形状记忆合金与树脂界面的改性处理方法，其特征是：
(1)利用强酸和强碱溶液对镍钛形状记忆合金进行预处理；
(2)将经过预处理的镍钛形状记忆合金放入无水甲苯、硅烷偶联剂KH550、纳米颗粒的混合物中进行改性，之后将形状记忆合金取出晾干得到改性后的形状镍钛记忆合金；
(3)利用改性后的形状镍钛记忆合金制造形状记忆合金树脂基复合材料。
2.根据权利要求1所述的形状记忆合金与树脂界面的改性处理方法，其特征是：所述无水甲苯、硅烷偶联剂KH550和纳米颗粒的混合物中的硅烷偶联剂含量为3wt.％；纳米颗粒含量为1wt.％～4wt.％。
3.根据权利要求1或2所述的形状记忆合金与树脂界面的改性处理方法，其特征是：所述预处理是在98wt.％浓硫酸中浸泡20分钟，再在1M氢氧化钠水溶液中浸泡20分钟，然后在98wt.％浓硫酸中浸泡5分钟。
4.根据权利要求1或2所述的形状记忆合金与树脂界面的改性处理方法，其特征是：所述纳米颗粒选择纳米氧化铝颗粒，平均粒径为100nm。
5.根据权利要求3所述的形状记忆合金与树脂界面的改性处理方法，其特征是：所述纳米颗粒选择纳米氧化铝颗粒，平均粒径为100nm。
6.根据权利要求1或2所述的形状记忆合金与树脂界面的改性处理方法，其特征是：所述进行改性在对混合物进行搅拌的条件下处理6小时。
7.根据权利要求3所述的形状记忆合金与树脂界面的改性处理方法，其特征是：所述进行改性在对混合物进行搅拌的条件下处理6小时。
8.根据权利要求4所述的形状记忆合金与树脂界面的改性处理方法，其特征是：所述进行改性在对混合物进行搅拌的条件下处理6小时。
9.根据权利要求5所述的形状记忆合金与树脂界面的改性处理方法，其特征是：所述进行改性在对混合物进行搅拌的条件下处理6小时。
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