本发明属于涤纶改性应用于复合材料领域，特别涉及一种基于紫外辐照改性涤纶增强环氧复合材料的方法。
背景技术：
涤纶是合成纤维中的一个重要品种，是我国聚酯纤维的商品名称。它是以对苯甲酸(PTA)或对苯二甲酸二甲酯(DMT)和乙二醇(EG)为原料经酯化或酯交换和缩聚反应而制得的成纤高聚物一聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，经纺丝和后处理制成的纤维。涤纶纤维是疏水性的合成有机纤维，由于内部分子排列紧密，表面很光滑，性质比较稳定。涤纶表面没有能与其他物质反应的活性基团，所以它很少可以直接发生化学反应。所以对涤纶的改性研究一直没有突破性进展。而对涤纶改性制备环氧复合材料研究则没有。而相应的，研究的比较多的是碳纤维、玻璃纤维、聚丙烯纤维、芳纶纤维等的改性并制备复合材料。这是由于这些纤维本身的性能，如碳纤维的表面通过氧化处理很容易在其表面形成与树脂基体结合的含氧基团，玻璃纤维可通过热处理、酸碱刻蚀处理、偶联剂处理等方法与相应的无机试剂发生化学反应，从而生成活性基团进而与环氧树脂粘结制备复合材料。碳纤维和玻璃纤维等这样的纤维改性方法发展比较成熟，同时改性方法比较简单。相应的，涤纶可以通过一定的方法接枝上一些活性基团，那么接枝上活性基团的涤纶纤维就可以与环氧树脂反应制备复合材料。涤纶改性与环氧树脂粘结制备的复合材料具有以下优点：一是强度高、弹性好、耐热性、热塑性好、耐磨性好、耐光性好、耐腐蚀。二是原料易 得，价格低廉，易于工业化生产。涤纶改性之后所制备的复合材料不仅具有上述优异的性能，而且还具有防水性能好、质量轻便等优点，是其他复合材料所不能取代的。
技术实现要素：
由于涤纶表面光滑和化学惰性的缺点使其与环氧树脂之间的界面粘结不良，限制了其在各个领域的应用。为此本专利采用紫外辐照技术，在涤纶表面接枝上诸如羟基、羧基、酰胺基、磺酸基团、氢基等活性基团。改性后的涤纶可以与环氧树脂反应制备复合材料。对涤纶进行辐照接枝改性研究，提高纤维与树脂基体的界面粘结性能。通过优化设计辐照工艺参数和辐照接枝单体，在不降低纤维本体强度的前提下实现纤维表面改性，从而全面提高涤纶复合材料的综合性能。
辐照技术以其高效，节能和环保等特点，在改性材料表面上得到广泛应用。紫外辐照能激起纤维表面官能团的活性，这些活性官能团可以与基体发生物理作用或化学反应，从而增加纤维和基体界面结合能力；我们可以在涤纶表面接枝上活性基团，这些活性基团的另一端还可以接枝到树脂基体上，有利于树脂基体对纤维的浸润和交联；还可以对纤维表面进行刻蚀，使纤维表面的粗糙度增加，从而增加纤维的表面积，使纤维和树脂之间的机械咬合增强，从而增加二者之间的界面结合强度。总的来说紫外辐照可以增加纤维表面的粗糙度，激发纤维本身基团的活性和引入活性基团，该活性基团能与树脂基体反应，提高了树脂对纤维的浸润性，使得二者之间的物理和化学结合强度增加，最终达到纤维和树脂基体之间的更好的结合。
本发明是以紫外辐照在液体介质中对涤纶进行辐照改性，进一步改善纤维的表面性能，从而提高纤维与环氧树脂基体的界面结合强度，最大限度地发挥涤纶增强复合材料的综合性能。在紫外辐照下，凡具有偶联剂功能的液体介质与涤纶表层官能团发生接枝反应，且能够实现纤维与树脂基体之间的偶联反应，均可作为接枝体。本专利采用紫外辐照技术，在涤纶表面接枝上羟基、羧基、酰胺基、磺酸基团、氢基等活性基团。而环氧树脂可以与醇类、酚类、羟酸类、硫醇、酰胺、脲类、脲酯等反应。改性后的涤纶可以与环氧树脂反应制备复合材料。辐照源具有功率高、制备简单、使用安全的特点。本发明具有操作简便、工艺稳定、产品质量可靠、环保，并且适于工业化生产的优点。改性之后可得：涤纶经过紫外辐照处理后复合材料的层间剪切强度增效明显，未经处理时制得的复合材料层间剪切强度只有63.75MPa，经过紫外辐照处理后层间剪切强度开始增大，且随着处理温度的升高而增大。
本发明过程为：将事先干燥好的涤纶置于特制玻璃容器内，加入可完全浸泡纤维用量的接枝液，浸泡一段时间，接着抽真空，注入液体，最后通入氮气至常压密封，密封接受不同剂量的辐照处理，辐照后的纤维在容器内密闭放置一段时间。取出自然晾干，接着加热干燥以去除剩余溶剂，于干燥器密封存放。接枝体选取原则是具有偶联剂功能，在紫外辐照下接枝体能够与纤维表层分子发生接枝反应，进而能够实现涤纶与树脂基体之间的偶联反应。把改性前后的涤纶制成环氧复合材料，纤维的单丝拉伸强度对比不同剂量辐照处理后涤纶环氧复合材料层间剪切强度。结果表明：辐照处理后纤维的单丝拉伸强度损失很小，即纤维的本体强度基本不变，原因是接枝反应只发生在纤维的皮层上，小分子接枝体进入不了纤维的芯结构里，所以分子链的取向结构不受影 响，纤维的力学性能变化不大。同时将偶联剂溶液和涤纶浸渍放置一段时间，同样制得涤纶增强环氧复合材料。浸渍处理后涤纶增强环氧复合材料的层间剪切强度几乎与未处理的涤纶增强环氧复合材料的层间剪切强度大致相同。这说明复合材料界面的提高是纤维在偶联剂溶液中共辐照作用的结果。
具体实施方式：
具体实施方式一：接枝丙烯酰胺：
第一步：在通风橱中，将PET非织造布用丙酮清洗，之后在烘箱中烘干1个小时；
第二步：将经丙酮清洗后再烘干的PET非织造布在单体浓度为2mol/L丙烯酰胺和引发剂浓度为0.15mol/L安息香配成的配比为1∶1的预浸液中浸渍两个小时；
第三步：取出浸渍后的PET非织造布用两块石英玻璃片夹住，避免氧的阻聚作用，将其放入紫外光源波长大约为320nm紫外光反应器中，紫外光透过石英玻璃进行两面紫外接枝处理。紫外照射时间为10min，照射距离为20cm；紫外光源是上海亚明灯泡厂生产的型号为GGZ500，功率为500W的高压汞灯；
第四步：改性后的PET非织造布晾干15分钟，采用真空导流的方法，与环氧树脂E-51制备复合材料。
具体实施方式二：接枝丙烯酸
第一步：将PET非织造布在烧杯中煮沸15分钟，萃取，然后在105℃下烘干1个小时；
第二步：将处理后的PET非织造布用25mL质量分数为40％溶胀剂间甲酚浸泡2h，溶胀温度60℃，水洗，去除间甲酚，并自然晾干；
第三步：将溶胀的PET非织造布用浓度为0.2mol/L二苯甲酮的丙酮溶液浸泡1.0h，自然干燥；
第四步：把处理好的PET非织造布与浓度为0.58mol/L的丙烯酸置于石英试管中，通氮气去除氧气；
第五步：把处理好PET非织造布放人用3.0×10-3高锰酸钾与0.02mol/L的硫酸作为引发剂的紫外辐射装置中接枝聚合，光照时间为2.0h取出PET非织造布，煮沸去除均聚物，直至恒重；
第六步：改性后的PET非织造布晾干15分钟，采用真空导流的方法，与环氧树脂E-51制备复合材料。
具体实施方式三：接枝顺丁烯二酸酐
第一步：将涤纶面料置于含有1％洗涤剂的清水洗涤15分钟，再用清水冲洗15分钟，于50℃烘箱中烘4小时；
第二步：将处理好的涤纶面料在二氯甲烷中浸泡3个小时，取出分别用无水乙醇和去离子水清洗两次，晾干待用。
第三步：顺丁烯二酸酐接枝辐照处理，辐照条件：波长222nm，频率100HZ，电流1.6A，功率15KW，灯管与处理织物的空隙为3cm，辐照处理时间以0.5min为宜。
第四步：改性后的PET非织造布晾干15分钟，采用真空导流的方法，与环氧树脂E-51复合制备复合材料。