一种聚苯胺功能化处理的玻璃纤维的制备方法与流程

本发明涉及玻璃纤维的制备及功能化处理领域，更具体的说是一种采用原位聚合苯胺单体对玻璃纤维进行功能化处理的方法。

背景技术：

作为一种工程纤维材料，玻璃纤维是由玻璃原料在高温熔融状态下拉丝制备而成，具有耐高温、抗化学腐蚀、强度高、模量高等一系列优良性能。作为树脂基复合材料最重要的增强材料之一，其已在航空、航天、舰船、化工冶金等领域得到了充分应用。基于玻璃纤维的复合材料的性能不仅与玻璃纤维及基体的性能与含量有关，很大程度上取决于纤维与基体树脂的界面粘结强弱。表面形态理论认为玻璃纤维复合材料基面性能主要取决于玻璃纤维表面的物理状态，包括表面积、粗糙度等。目前，玻璃纤维增强塑料界面增强的方法主要是利用酸碱蚀刻、偶联剂、等离子体表面处理、稀土元素处理等对玻璃纤维进行表面处理，以提高玻璃纤维与聚合物之间界面的结合力。酸碱可以使纤维表面形成一些凹陷或微孔，进而使表面形态变得粗糙，但是它们会在不同程度上降低纤维的自身强度。换言之，从力学性能的角度来说酸碱刻蚀不是一种有效的表面处理方法。因此，发展反应条件更加温和的功能化处理方法对于玻璃纤维增强复合材料/混凝土来说是非常有必要的，其已成为玻璃纤维领域一个极为重要的研究方向。

近年来，研究发现利用纳米颗粒来包裹纤维也可以有效保护高强度纤维并可以提高纤维复合材料的力学性能。因此，玻璃纤维表面构筑纳米材料提高玻璃纤维表面积、粗糙度，将有利于提高玻璃纤维复合材料/混凝土界面结合力。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种聚苯胺功能化处理的玻璃纤维的制备方法，该方法可以有效提高玻璃纤维的表面粗超度，增加玻璃纤维的比表面积，同时避免了强酸、强碱、强氧化环境对玻璃纤维的损害。

一种聚苯胺功能化处理的玻璃纤维的制备方法具体包括如下制备步骤：

（1）取0.2-0.5 mL苯胺溶液和0.2-0.6 g柠檬酸分散于200 mL二次水溶液中；

（2）称取5-30 g玻璃纤维加入上述溶液中，通过振荡处理使其均匀分散于容器底部；

（3）称取0.1-0.5 gβ-环糊精超声分散于10 mL二次水中；

（4）将步骤（3）得到的β-环糊精加入步骤（2）得到的溶液中，采用水浴恒温振荡器进行处理，使得处于溶液底部的玻璃纤维随容器中的溶液一起转动；

（5）称取0.2-0.6 g过硫酸铵加入10 mL二次水中，超声处理使其完全溶解；

（6）在振荡条件下，将步骤（5）得到的过硫酸铵溶液逐滴加到步骤（4）得到的溶液中，苯胺单体在玻璃纤维表面发生原位氧化聚合反应，于室温条件下反应24 h，进而实现对玻璃纤维的功能化处理；

（7）反应完毕以后倒掉上层不含玻璃纤维的溶液部分，分别用乙醇和二次水对产物进行洗涤，除去未负载于玻璃纤维表面的副产物；将洗涤后得到的产物置于真空干燥箱中于50-70℃环境烘干后置于干燥器中备用；得到的聚苯胺功能化处理后的玻璃纤维的扫描电镜图如附图1所示。

本发明步骤（1）中所述的柠檬酸和苯胺的分散方法为超声处理或者磁性搅拌。

本发明步骤（2）中所述的玻璃纤维为长切玻璃纤维、短切玻璃纤维或者玻璃纤维网格布中的任一种或其多种组合。

本发明的有益效果

（1）在聚合反应的过程中采用振荡器振荡的方法分散玻璃纤维，避免了超声处理或者磁性搅拌过程中对玻璃纤维本身结构、性能的破坏。

（2）该制备方法是在室温条件下进行，既节省了能源，也避免了高温环境对玻璃纤维本身性能的破坏。

（3）该方法制备的功能化处理后的玻璃纤维表面粗超度得到了提高，比表面积也得到了增加。

（4）该方法得到的聚苯胺功能化处理的玻璃纤维实现了由绝缘到导电的转变，因而在电磁屏蔽领域具有一定的应用前景。

附图说明

图1 未处理的市售玻璃纤维扫描电镜图；

图2 聚苯胺功能化处理的玻璃纤维的扫描电镜图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例和附图进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施。

实施例1

一种聚苯胺功能化处理的玻璃纤维的制备方法

（1）取0.2 mL苯胺溶液和0.2 g柠檬酸超声分散于200 mL二次水溶液中；

（2）称取5 g长切玻璃纤维加入上述溶液中，通过振荡处理使其均匀分散于容器底部；

（3）称取0.3 gβ-环糊精超声分散于10 mL二次水中；

（4）将步骤（3）得到的β-环糊精加入步骤（2）得到的溶液中，采用水浴恒温振荡器进行处理，使得处于溶液底部的玻璃纤维随容器中的溶液一起转动；

（5）称取0.5 g过硫酸铵加入10 mL二次水中，超声处理使其完全溶解；

（6）在振荡条件下，将步骤（5）得到的过硫酸铵溶液逐滴加到步骤（4）得到的溶液中，苯胺单体在玻璃纤维表面发生原位氧化聚合反应，于室温条件下反应24 h，进而实现对玻璃纤维的功能化处理；

（7）反应完毕以后倒掉上层不含玻璃纤维的溶液部分，分别用乙醇和二次水对产物进行洗涤，除去未负载于玻璃纤维表面的副产物；将洗涤后得到的产物置于真空干燥箱中于50 ℃环境烘干后置于干燥器中备用；得到的聚苯胺功能化处理后的玻璃纤维的扫描电镜图如附图1所示。

实施例2 制备步骤同实施例1，不同之处是：步骤（2）中称取10 g短切玻璃纤维加入上述溶液中，通过振荡处理使其均匀分散于容器底部。

实施例3 制备步骤同实施例1，不同之处是：步骤（3）中称取0.5 gβ-环糊精超声分散于10 mL二次水中。