專利名稱：納米無機(jī)粉體包覆高分子纖維及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種納米無機(jī)粉體包覆高分子纖維及其制備方法。
背景技術(shù)：
聚對苯撐苯并雙噁唑(PBO)纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等化學(xué)纖維具有高的比強(qiáng)度、比模量和耐高溫等一系列優(yōu)異性能，在國民經(jīng)濟(jì)和國防軍工各個(gè)領(lǐng)域用途廣泛[吳國梅.21世紀(jì)超高性能之PBO高分子纖維材料.高科技纖維與應(yīng)用，2002，27(3)15-18]。但是，上述化學(xué)纖維表面光滑且活性低，不適合于將其直接用作增強(qiáng)相制備高性能復(fù)合材料。此外，上述化學(xué)纖維還存在著耐光色牢度較差，暴露在紫外線中的時(shí)間越長，強(qiáng)度下降越多等問題[唐久英.高性能PBO纖維及其應(yīng)用.中國個(gè)體防護(hù)裝備，2007，(1)22-25]，這些都嚴(yán)重影響了高性能化學(xué)纖維的廣泛應(yīng)用。
Junhui He等人采用化學(xué)法在天然纖維蜘蛛絲上包覆納米TiO2粉體，制備了納米TiO2粉體包覆蜘蛛絲復(fù)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，2004，162656-2661]。但是，目前有關(guān)納米無機(jī)粉體包覆化學(xué)纖維復(fù)合材料制備方面的研究尚未見到公開報(bào)導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種納米無機(jī)粉體包覆高分子纖維及其制備方法，通過在化學(xué)纖維表面包覆納米無機(jī)粉體，充分利用納米無機(jī)粉體與金屬、高分子材料結(jié)合力較好，或具有防紫外線輻射等優(yōu)點(diǎn)，開發(fā)納米無機(jī)粉體包覆高分子纖維復(fù)合材料，促進(jìn)高性能化學(xué)纖維的廣泛應(yīng)用。
本發(fā)明的納米無機(jī)粉體包覆高分子纖維以聚對苯撐苯并雙噁唑(PBO)纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等中的至少一種化學(xué)纖維為基體，以納米二氧化鈦、納米氧化硅、納米氧化鎂、納米氧化鋅、納米氧化鋁、納米氧化鋯、納米氧化鎳、納米氧化鈷等中的至少一種納米無機(jī)粉體作為包覆粉體，采用浸漬涂覆法在化學(xué)纖維表面包覆一層納米無機(jī)粉體薄膜，制備納米無機(jī)粉體包覆高分子纖維復(fù)合材料。
本發(fā)明所述材料的制備方法1、取經(jīng)過表面改性后的納米無機(jī)粉體置于體積為其10～100倍的無水乙醇中，控制溫度為50～100℃，超聲分散20～120min，制備出均勻分散的乳液；2、將采用化學(xué)法或物理法進(jìn)行表面改性后的化學(xué)纖維浸于上述乳液中，同時(shí)乳液中滴加占乳液體積0.01～10％的偶聯(lián)劑，繼續(xù)超聲振蕩60～600min；3、將表面包覆納米無機(jī)粉體的化學(xué)纖維取出，于100～300℃烘干處理60～180min，制得納米無機(jī)粉體包覆高分子纖維復(fù)合材料。
本發(fā)明所述的納米無機(jī)粉體為納米二氧化鈦、納米氧化硅、納米氧化鎂、納米氧化鋅、納米氧化鋁、納米氧化鋯、納米氧化鎳、納米氧化鈷等中的至少一種；所述的化學(xué)纖維為PBO纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等中的至少一種。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，通過在化學(xué)纖維表面包覆納米無機(jī)粉體，充分利用納米無機(jī)粉體與金屬、高分子材料結(jié)合力好，或具有防紫外線輻射等優(yōu)點(diǎn)，開發(fā)納米無機(jī)粉體包覆高分子纖維復(fù)合材料。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行具體描述，有必要在此指出的是本實(shí)施例只用于對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員可以根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。
實(shí)施例PBO纖維經(jīng)乙醇、蒸餾水反復(fù)清洗后，浸入由多聚磷酸和無水乙醇按體積比1∶1～3配制的改性液中處理1～60min，然后用蒸餾水反復(fù)清洗，徹底除去殘留的多聚磷酸，于50～150℃烘干處理1～60min，備用。
取1～3g納米TiO2粉體分散在50～500ml蒸餾水中，同時(shí)加入0.01～0.5g多聚磷酸鈉，0.01～0.3g十二烷基苯磺酸鈉作分散劑，用氨水調(diào)節(jié)pH值為7～12，超聲振蕩20～120min，制備均勻分散的納米TiO2粉體乳液。將該納米TiO2粉體乳液置于恒溫水浴中，升溫至50～100℃，保溫30～120min。用鹽酸調(diào)節(jié)pH值至2～6，然后滴加1～10ml硅烷偶聯(lián)劑，強(qiáng)力機(jī)械攪拌20～120min，直至納米TiO2粉體全部沉淀，分離出水相，將納米TiO2于50～100℃烘干處理20～60min，備用。
取0.5～2.5g上述改性納米TiO2粉體置于100～300ml無水乙醇中，控制溫度為50～100℃，超聲分散20～120min，制備出均勻分散的乳液。將改性后的PBO纖維浸于乳液中，同時(shí)乳液中滴加0.1～5ml硅烷偶聯(lián)劑，繼續(xù)超聲振蕩60～600min，取出后于100～300℃烘干處理60～180min，制備得到納米TiO2粉體包覆PBO纖維復(fù)合材料。
權(quán)利要求
1.一種納米無機(jī)粉體包覆高分子纖維，其特征在于，以聚對苯撐苯并雙噁唑纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等中的至少一種化學(xué)纖維為基體，以納米二氧化鈦、納米氧化硅、納米氧化鎂、納米氧化鋅、納米氧化鋁、納米氧化鋯、納米氧化鎳、納米氧化鈷等中的至少一種納米無機(jī)粉體作為中間包覆粉體，在化學(xué)纖維表面包覆一層納米無機(jī)粉體薄膜。
2.一種制備權(quán)利要求1所述的納米無機(jī)粉體包覆高分子纖維的方法，其特征在于，制備工藝為(1)取經(jīng)過表面改性后的納米無機(jī)粉體置于體積為其10～100倍的無水乙醇中，控制溫度為50～100℃，超聲分散20～120min，制備出均勻分散的乳液；(2)將采用化學(xué)法或物理法進(jìn)行表面改性后的化學(xué)纖維浸于上述乳液中，同時(shí)乳液中滴加占乳液體積0.01～10％的偶聯(lián)劑，繼續(xù)超聲振蕩60～600min；(3)將表面包覆納米無機(jī)粉體的化學(xué)纖維取出，于100～300℃烘干處理60～180min，制得納米無機(jī)粉體包覆高分子纖維復(fù)合材料。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的納米無機(jī)粉為納米二氧化鈦、納米氧化硅、納米氧化鎂、納米氧化鋅、納米氧化鋁、納米氧化鋯、納米氧化鎳、納米氧化鈷中的至少一種；所述的化學(xué)纖維為PBO纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維中的至少一種。
全文摘要
一種納米無機(jī)粉體包覆高分子纖維及其制備方法，屬于先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。以聚對苯撐苯并雙噁唑纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等中的至少一種化學(xué)纖維為基體，以納米二氧化鈦、納米氧化硅、納米氧化鎂、納米氧化鋅、納米氧化鋁、納米氧化鋯、納米氧化鎳、納米氧化鈷等中的至少一種納米無機(jī)粉體作為中間包覆粉體，采用浸漬涂覆法在化學(xué)纖維表面包覆一層納米無機(jī)粉體薄膜，制備納米無機(jī)粉體包覆高分子纖維復(fù)合材料。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，通過在化學(xué)纖維表面包覆納米無機(jī)粉體，充分利用納米無機(jī)粉體與金屬、高分子材料結(jié)合力較好，或具有防紫外線輻射等優(yōu)點(diǎn)，開發(fā)納米無機(jī)粉體包覆高分子纖維復(fù)合材料。
文檔編號D06M101/30GK101050595SQ20071009947
公開日2007年10月10日 申請日期2007年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月22日
發(fā)明者劉雪峰, 謝建新, 隋守軍 申請人:北京科技大學(xué)