專利名稱：一種石英纖維表面改性方法
技術領域：
本發明涉及聚合物基復合材料用增強材料——石英纖維的表面改性處理方法。
背景技術：
石英纖維中由于具有很高的SiO2含量而具有很多優異的性能，如純度高、耐高溫、耐燒蝕、低導熱、抗熱震、優良的介電性能和良好的化學穩定性等，因此在現代航空、航天、電子和武器裝備等領域得到越來越廣泛地應用。但由于其表面比較光滑，且表面積小，表面能較低，具有活性的表面一般不超過總表面的10％，呈現疏水性，所以石英纖維較難通過化學的或物理的作用與基體形成牢固的結合。
發明內容
本發明的目的是提供一種石英纖維表面改性方法，以克服石英纖維較難通過化學的或物理的作用與基體形成牢固的結合的缺陷，使石英纖維較容易與基體形成牢固的結合。本發明通過下述步驟實現一、把石英纖維浸泡在接枝體溶液中，所述接枝體為酚醛樹脂的乙醇溶液；二、把二者用gamma射線輻照，輻照劑量為170至300kGy，取出的石英纖維就是改性后的石英纖維。經過本發明的表面改性方法處理后的石英纖維，由于表面上有可以與基體樹脂反應的官能團并增加了石英纖維的表面積，從而在石英纖維與樹脂基體間形成共價鍵連接的橋梁，增強了復合材料的界面結合能，因此較容易與基體形成牢固的結合。改性后的石英纖維與酚醛樹脂的浸潤性明顯提高，平均吸附量提高了20％以上，因此共輻照接枝改性的石英纖維活性高，吸附了更多的酚醛樹脂，從而使纖維與樹脂界面粘接性能得到提高，材料的性能也就相應地得到提高。本發明步驟簡單、工作可靠，具有較大的推廣價值。
具體實施例方式
具體實施方式
一本實施方式通過下述步驟實現一、把石英纖維浸泡在接枝體溶液中，所述接枝體為酚醛樹脂的乙醇溶液；二、把二者用gamma射線輻照，輻照劑量為170至300kGy，取出的石英纖維就是改性后的石英纖維。接枝體的選擇基于兩方面考慮第一，接枝體為活性的物質，在射線的輻照下，可以和纖維表面發生化學反應。第二，接枝體含有可以與基體樹脂反應的官能團，從而在纖維與樹脂基體間形成共價鍵連接的橋梁，增強復合材料的界面結合能。選擇酚醛樹脂的乙醇溶液作為石英纖維的接枝體，是因為酚醛樹脂和乙醇是石英纖維復合材料樹脂基體的主要成份，乙醇又是酚醛樹脂的活性良溶劑。在高能射線輻照下，酚醛樹脂產生活性自由基，與石英纖維表層產生的自由基發生接枝共聚反應，酚醛樹脂分子接枝到纖維表面，經過接枝改性的纖維與樹脂基體制成復合材料時酚醛接枝鏈可以參與樹脂基體的化學交聯反應，接枝體起到橋梁作用。由于gamma射線能量高，穿透力強，不但可以激發纖維皮層聚合物同時還激發接枝體化合物產生各種能級的活性中間體，其中部分接枝體活性中間體接枝到纖維表面，接枝體分子與纖維表面實現化學聯接而不是較弱的次鍵聯接，另外，輻照還會對纖維表面進行刻蝕，使光滑的石英纖維表面產生凹凸不平，增加了與樹脂基體接觸的表面積，加上接枝鏈分子上含有可與酚醛樹脂基體進行交聯反應的官能團，這些都有利于樹脂基體的浸潤和交聯。本文采用的共輻照法，是將纖維基材與接枝體溶液在直接接觸的情況下進行共輻照，在輻照過程中使纖維基材表面和接枝體同時生成活性粒子，從而發生接枝共聚反應。該法自由基利用率高，可防止纖維基材的輻射降解，另一方面，接枝體和溶劑的存在對纖維基材的輻射損傷也有一定的保護作用，接枝反應只發生在纖維的皮層上，小分子接枝體進入不了纖維的芯結構里，因此，纖維的力學性能變化不大。
具體實施例方式
二本實施方式與實施方式一的不同點是gamma射線源為60Co源、輻照劑量率為4.8kGy/h(千格瑞/小時)，輻照劑量為200kGy(千格瑞)。一方面，適當能量的gamma射線能夠引發接枝體與石英纖維表面漿料發生接枝反應，提高界面強度，另一方面，過高能量的gamma射線輻照會刻蝕纖維，降低纖維本體強度。實驗表明當輻照劑量達到200kGy時，石英纖維/酚醛復合材料的界面剪切強度(ILSS)已經比未輻照的提高了55.5％。繼續提高輻照劑量至300kGy后，其界面剪切強度不再升高。因此本發明確定200kGy為最佳輻照劑量。其它步驟與實施方式一相同。
具體實施例方式
三本實施方式與實施方式一的不同點是酚醛樹脂占乙醇溶液的質量百分比為4至7％，最優為5％。當酚醛樹脂在乙醇溶液中的濃度高于5％的時候，石英纖維表面涂層過厚，影響樹脂基體與石英纖維之間的應力傳遞。而當濃度低于這一數值的時候，隨著濃度的降低，共輻照接枝反應后產生的活性官能團少，參與酚醛樹脂固化反應后在界面形成的共價鍵連接程度小，因而石英纖維/酚醛復合材料的界面性能較低。因此5％酚醛樹脂的乙醇溶液做為輻照改性的介質是比較理想的。在以5％酚醛樹脂的乙醇溶液作為石英纖維的接枝體時，改性前的纖維復合材料的ILSS值為23.8MPa，改性處理后的石英纖維復合材料界面強度ILSS達到37.5MPa，提高幅度近60％。因此，石英纖維浸入一定濃度的接枝液在gamma射線輻照處理下，是通過活化纖維表面，引發纖維與樹脂之間的界面反應，產生共價鍵連接的界面層，從而提高了復合材料的界面性能。其它步驟與實施方式一相同。
具體實施例方式
四本實施方式與實施方式一的不同點是石英纖維浸泡在接枝體溶液的塑料或玻璃容器中，密封后于室溫下進行共輻照。輻照完成后于室溫下放置24小時后取出石英纖維，于避光處自然晾干，儲存于陰涼干燥處以備使用。其它步驟與實施方式一相同。
權利要求
1.一種石英纖維表面改性方法，其特征在于它通過下述步驟實現一、把石英纖維浸泡在接枝體溶液中，所述接枝體為酚醛樹脂的乙醇溶液；二、把二者用gamma射線輻照，輻照劑量為170至300kGy，取出的石英纖維就是改性后的石英纖維。
2.根據權利要求1所述的一種石英纖維表面改性方法，其特征在于gamma射線源為60Co源、輻照劑量率為4.8kGy/h，輻照劑量為200kGy。
3.根據權利要求1所述的一種石英纖維表面改性方法，其特征在于酚醛樹脂占乙醇溶液的質量百分比為4至7％。
4.根據權利要求3所述的一種石英纖維表面改性方法，其特征在于酚醛樹脂占乙醇溶液的質量百分比為5％。
5.根據權利要求1所述的一種石英纖維表面改性方法，其特征在于石英纖維浸泡在接枝體溶液的塑料或玻璃容器中，密封后于室溫下進行共輻照，輻照完成后于室溫下放置24小時后取出石英纖維，于避光處自然晾干，儲存于陰涼干燥處以備使用。
全文摘要
一種石英纖維表面改性方法，本發明涉及聚合物基復合材料用增強材料石英纖維的表面改性處理方法。它克服了石英纖維較難通過化學的或物理的作用與基體形成牢固的結合的缺陷。它通過下述步驟實現把石英纖維浸泡在接枝體溶液中，所述接枝體為酚醛樹脂的乙醇溶液；把二者用gamma射線輻照，輻照劑量為170至300kGy，取出的石英纖維就是改性后的石英纖維。經過本發明的表面改性方法處理后的石英纖維，由于表面上有可以與基體樹脂反應的官能團并增加了石英纖維的表面積，從而在石英纖維與樹脂基體間形成共價鍵連接的橋梁，增強了復合材料的界面結合能，因此較容易與基體形成牢固的結合。本發明步驟簡單、工作可靠，具有較大的推廣價值。
文檔編號C03C25/24GK1785874SQ200510010458
公開日2006年6月14日 申請日期2005年10月21日 優先權日2005年10月21日
發明者劉麗, 黃玉東, 劉立洵, 王虎, 揚帆 申請人:哈爾濱工業大學