一种增强芳纶纤维与环氧树脂界面结合的润滑油剂及其制备方法

本发明属于纤维润滑油剂制备领域，具体涉及一种可有效增强复合材料中芳纶纤维与环氧树脂界面结合的润滑油剂及其制备方法。

背景技术：

1、芳纶纤维具有高强度、高模量、耐高温酸碱、绝缘性好和抗冲击性能佳等优点，在航空航天、军事及工业等应用领域得到了广泛应用。环氧树脂作为应用最为广泛的树脂基体之一，常与芳纶纤维复合应用于抗冲击复合材料组件的制备，如飞机天线罩、垂尾、副翼、机体骨架等多个关键部位。

2、然而，芳纶纤维与环氧树脂的界面粘结性较差，成为了提高其复合材料性能的瓶颈。良好的界面结合可以有效地传递载荷，使复合材料整体均匀受力，避免出现因应力集中导致的分层现象。目前，高性能纤维如碳纤维多使用上浆剂来提高其与树脂基体的结合性能，碳纤维上浆剂是均匀覆盖在碳纤维表面的一层薄树脂层，以改善碳纤维表面惰性，以环氧树脂基体用碳纤维上浆剂为例，组分中的胺基、环氧基等基团可以与树脂基体中的环氧基团或固化剂反应，产生化学键结合，极大地提高了碳纤维与树脂的界面粘接性及其复合材料的力学性能。

3、由于芳纶纤维介电性能较差、吸水率较低、摩擦系数较高，在纺丝和织布过程中常用纺丝油剂对芳纶纤维进行保护，降低纤维的摩擦系数，提高纤维的抗静电性，避免毛丝和断头现象的发生。但传统的芳纶纤维油剂主要成分多为平滑剂、集束剂、抗静电剂及乳化剂等，多为酯类及醚类化合物，难与树脂基体反应产生化学键，仅能起到润滑和抗静电的效果，因此上油后的芳纶纤维与环氧树脂的界面粘结性较差，降低了复合材料层间性能。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决使用现有的芳纶纤维油剂处理后芳纶纤维与环氧树脂的界面粘结性较差，降低了复合材料层间性能的问题，提供一种具有增强芳纶纤维与环氧树脂界面粘接性能的润滑油剂及其制备方法。本发明制备的润滑油剂可在上油后改善芳纶纤维表面的平滑性及抗静电性，有助于芳纶纤维的纺丝及编织，同时在纤维表面引入环氧基团，增强上油后的芳纶纤维与环氧树脂的界面粘接性。

2、为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、一种增强芳纶纤维与环氧树脂界面结合的润滑油剂，所述润滑油剂由45wt％～70wt％润滑剂、20wt％～35wt％乳化剂、1wt％～10wt％抗静电剂、1wt％～10wt％集束剂、0wt％～2wt％偶联剂及1wt％～5wt％环氧树脂抗静电剂组成。

4、进一步地，所述润滑剂为动植物油、白油(7#、10#、15#、26#、32#、46#或68#)、甘油三脂肪酸酯、聚乙二醇酯、季戊四醇酯、脂肪酸二元酯、多元醇酯、脂肪酸三羟甲基丙酯或月桂酸聚氧乙烯酯中的一种或几种的混合物。

5、进一步地，所述乳化剂为聚山梨醇酯、月桂醇聚醚、蓖麻油聚氧乙烯醚、聚乙二醇月桂酸酯、聚乙二醇油酸酯、脂肪酸聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚或失水山梨醇脂肪酸酯中的一种或几种的混合物。

6、进一步地，所述抗静电剂为聚环氧乙烷烷基醚、聚环氧乙烷脂肪酸酯、十二伯胺聚氧乙烯醚、十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐或十二烷基甜菜碱中的一种或两种的混合物。

7、进一步地，所述集束剂为蓖麻油油酸酯、三乙醇胺油酸酯、聚乙二醇油酸双酯、聚乙二醇月桂酸双酯、蓖麻油聚氧乙烯醚或脂肪酸聚氧乙烯醚中的一种或几种的混合物。

8、进一步地，所述偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种的混合物。

9、进一步地，所述环氧树脂抗静电剂为阴离子水性环氧树脂、阳离子水性环氧树脂及非离子型水性环氧树脂中的一种或两种的混合物。

10、进一步地，所述阴离子水性环氧树脂为羧酸盐型水性环氧树脂或磺酸盐型水性环氧树脂；所述阳离子水性环氧树脂为叔胺型水性环氧树脂或季铵碱型水性环氧树脂；所述非离子型水性环氧树脂为聚氧乙烯基水性环氧树脂。

11、一种上述增强芳纶纤维与环氧树脂界面结合的润滑油剂的制备方法，所述方法为：将润滑剂、乳化剂、抗静电剂、集束剂、偶联剂及环氧树脂抗静电剂加入反应釜，加热至40～60℃，以300～500r/min的速率搅拌20～40min混匀，搅拌均匀后冷却得到芳纶纤维润滑油剂。

12、进一步地，将润滑油剂加入蒸馏水中，加热至40～60℃，以300～500r/min的速率搅拌20～40min，得到润滑油剂乳液；润滑油剂与蒸馏水的重量比为1～10：100；将润滑油剂乳液涂刷在芳纶纤维表面，80～150℃干燥30～60s。涂刷后的芳纶纤维可以与芳纶纤维很好的结合。

13、本发明相对于现有技术的有益效果为：

14、(1)通过使用本方法制备的环氧树脂基复合材料用芳纶纤维润滑油剂，水性环氧树脂在润滑油剂中具有良好的相容性，同时具有乳化、抗静电及增强界面强度的作用。

15、(2)通过在润滑油剂配方中增加偶联剂及环氧抗静电剂，在表面引入环氧基团与环氧树脂及固化剂交联，增加芳纶纤维与环氧树脂基体的化学键连接，在起到浸润、润滑、集束及抗静电的基础上，有效改善芳纶纤维与环氧树脂的界面粘接性能，增加了纤维与树脂的结合能力，提高复合材料的剪切性能。

16、(3)本方法的润滑油剂及其乳液的制备工艺简单，乳液粒径分布均匀，油剂各项理化指标稳定，生产成本低，适于产业化，在环氧树脂基复合材料用芳纶纤维领域有广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种增强芳纶纤维与环氧树脂界面结合的润滑油剂，其特征在于：所述润滑油剂由45wt％～70wt％润滑剂、20wt％～35wt％乳化剂、1wt％～10wt％抗静电剂、1wt％～10wt％集束剂、0wt％～2wt％偶联剂及1wt％～5wt％环氧树脂抗静电剂组成。

2.根据权利要求1所述的一种增强芳纶纤维与环氧树脂界面结合的润滑油剂，其特征在于：所述润滑剂为动植物油、白油(7#、10#、15#、26#、32#、46#或68#)、甘油三脂肪酸酯、聚乙二醇酯、季戊四醇酯、脂肪酸二元酯、多元醇酯、脂肪酸三羟甲基丙酯或月桂酸聚氧乙烯酯中的一种或几种的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种增强芳纶纤维与环氧树脂界面结合的润滑油剂，其特征在于：所述乳化剂为聚山梨醇酯、月桂醇聚醚、蓖麻油聚氧乙烯醚、聚乙二醇月桂酸酯、聚乙二醇油酸酯、脂肪酸聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚或失水山梨醇脂肪酸酯中的一种或几种的混合物。

4.根据权利要求1所述的一种增强芳纶纤维与环氧树脂界面结合的润滑油剂，其特征在于：所述抗静电剂为聚环氧乙烷烷基醚、聚环氧乙烷脂肪酸酯、十二伯胺聚氧乙烯醚、十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐或十二烷基甜菜碱中的一种或两种的混合物。

5.根据权利要求1所述的一种增强芳纶纤维与环氧树脂界面结合的润滑油剂，其特征在于：所述集束剂为蓖麻油油酸酯、三乙醇胺油酸酯、聚乙二醇油酸双酯、聚乙二醇月桂酸双酯、蓖麻油聚氧乙烯醚或脂肪酸聚氧乙烯醚中的一种或几种的混合物。

6.根据权利要求1所述的一种增强芳纶纤维与环氧树脂界面结合的润滑油剂，其特征在于：所述偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种的混合物。

7.根据权利要求1所述的一种增强芳纶纤维与环氧树脂界面结合的润滑油剂，其特征在于：所述环氧树脂抗静电剂为阴离子水性环氧树脂、阳离子水性环氧树脂及非离子型水性环氧树脂中的一种或两种的混合物。

8.根据权利要求7所述的一种增强芳纶纤维与环氧树脂界面结合的润滑油剂，其特征在于：所述阴离子水性环氧树脂为羧酸盐型水性环氧树脂或磺酸盐型水性环氧树脂；所述阳离子水性环氧树脂为叔胺型水性环氧树脂或季铵碱型水性环氧树脂；所述非离子型水性环氧树脂为聚氧乙烯基水性环氧树脂。

9.一种权利要求1～8任一项所述增强芳纶纤维与环氧树脂界面结合的润滑油剂的制备方法，其特征在于：所述方法为：将润滑剂、乳化剂、抗静电剂、集束剂、偶联剂及环氧树脂抗静电剂加入反应釜，加热至40～60℃，以300～500r/min的速率搅拌20～40min混匀，搅拌均匀后冷却得到芳纶纤维润滑油剂。

10.根据权利要求9所述的增强芳纶纤维与环氧树脂界面结合的润滑油剂的制备方法，其特征在于：将润滑油剂加入蒸馏水中，加热至40～60℃，以300～500r/min的速率搅拌20～40min，得到润滑油剂乳液；润滑油剂与蒸馏水的重量比为1～10：100；将润滑油剂乳液涂刷在芳纶纤维表面，80～150℃干燥30～60s。

技术总结
一种增强芳纶纤维与环氧树脂界面结合的润滑油剂，属于纤维润滑油剂制备领域。所述润滑油剂由45wt％～70wt％润滑剂、20wt％～35wt％乳化剂、1wt％～10wt％抗静电剂、1wt％～10wt％集束剂、0wt％～2wt％偶联剂及1wt％～5wt％环氧树脂抗静电剂组成。通过使用本方法制备的环氧树脂基复合材料用芳纶纤维润滑油剂，水性环氧树脂在润滑油剂中具有良好的相容性，同时具有乳化、抗静电及增强界面强度的作用。通过在润滑油剂配方中增加偶联剂及环氧抗静电剂，在表面引入环氧基团与环氧树脂及固化剂交联，增加芳纶纤维与环氧树脂基体的化学键连接，在起到浸润、润滑、集束及抗静电的基础上，有效改善芳纶纤维与环氧树脂的界面粘接性能，增加了纤维与树脂的结合能力，提高复合材料的剪切性能。

技术研发人员：胡桢,丛非,刘鹏翔,李云凌,魏文泽
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14