本發(fā)明涉及納米復(fù)合材料的領(lǐng)域，具體地涉及一種高透明度、高納米纖維填充量協(xié)同增強的復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)：

樹脂基纖維增強復(fù)合材料是由高性能增強纖維和相對低強低模的樹脂基體組成，樹脂基纖維增強復(fù)合材料以其比重小、比強度和比模量大的優(yōu)點在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用日趨廣泛，在復(fù)合材料的研究領(lǐng)域也吸引了越來越多的注意。樹脂基纖維增強復(fù)合材料的性能不但取決于其所用增強纖維、樹脂基體的性能，還取決于纖維和樹脂基體界面之間的粘附性能，而界面間的粘附性能又依賴于樹脂基體性能、纖維的表面性能以及固化工藝過程。

當(dāng)納米纖維浸漬在透明樹脂的稀溶液中時，由于納米纖維宏觀的量子軌道效應(yīng)，微小粒子很容易進入到纖維內(nèi)部，并將纖維內(nèi)部的空隙填滿。如果納米纖維的折光率與透明樹脂的相近，當(dāng)光線透過復(fù)合材料時，可以大大減小光線在復(fù)合材料內(nèi)部的光散射效應(yīng)，這樣，進入復(fù)合材料內(nèi)部的光線可以大部分透過，從而呈現(xiàn)了較高的透明度；另一方面，樹脂會使復(fù)合薄膜具有一層平整的表面，這樣會減小其表面的漫反射，也可以增大其透明度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供了一種高透明度、高納米纖維填充量協(xié)同增強的復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明的制備方法利用納米纖維的高長徑比、網(wǎng)狀纏結(jié)等特性，控制樹脂在納米纖維內(nèi)部的填充量，制備的復(fù)合材料不但具有較強的力學(xué)性能，而且具備較高的透明度。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了一種高透明度、高納米纖維填充量協(xié)同增強復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：

1)將透明樹脂與固化劑混合均勻，然后轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)皿中，再向培養(yǎng)皿中加入納米纖維膜后充分浸漬，得到浸潤的混合物；

2)對所述步驟1)制備的浸潤的混合物進行升溫處理，發(fā)生固化反應(yīng)，制備得到高透明度、高納米纖維填充量協(xié)同增強復(fù)合材料的復(fù)合薄膜。

進一步地，所述步驟1)中的浸漬在標準大氣壓下進行，其中，將透明樹脂溶解到有機溶劑中，得到透明樹脂溶液，再將透明樹脂溶液與固化劑混合均勻，所述透明樹脂溶液中透明樹脂的質(zhì)量百分含量為10～60％。

再進一步地，所述步驟1)中的浸漬在真空環(huán)境下進行，且真空環(huán)境為真空度在-0.15～-0.05MPa之間。

更進一步地，所述步驟2)中的固化反應(yīng)在標準大氣壓下進行，固化反應(yīng)溫度為70～130℃，固化反應(yīng)時間為1～6h。

更進一步地，所述步驟2)中的固化反應(yīng)在真空環(huán)境下進行，且真空環(huán)境為真空度在-0.15～-0.05MPa之間，固化反應(yīng)溫度為70～130℃，固化反應(yīng)時間為1～6h。

本發(fā)明較好的技術(shù)方案為：所述步驟1)中的浸漬在標準大氣壓下進行，其中，將透明樹脂溶解到有機溶劑中，得到透明樹脂溶液，再將透明樹脂溶液與固化劑混合均勻，所述透明樹脂溶液中透明樹脂的質(zhì)量百分含量為10～60％，得到浸潤的混合物；然后對所述步驟1)制備的浸潤的混合物進行升溫處理，在標準大氣壓下進行固化反應(yīng)，固化反應(yīng)溫度為70～130℃，固化反應(yīng)時間為1～6h，制備得到高透明度、高納米纖維填充量協(xié)同增強復(fù)合材料的復(fù)合薄膜。

本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案為：所述步驟1)中的浸漬在真空下進行，其中，將透明樹脂與固化劑混合均勻，得到浸潤的混合物；然后對所述步驟1)制備的浸潤的混合物進行升溫處理，在真空下進行固化反應(yīng)，且浸漬和固化反應(yīng)的真空度在-0.15～-0.05MPa之間，固化反應(yīng)溫度為70～130℃，固化反應(yīng)時間為1～6h，制備得到高透明度、高納米纖維填充量協(xié)同增強復(fù)合材料的復(fù)合薄膜。

更進一步地，所述透明樹脂與固化劑的質(zhì)量比為10:3～6。

更進一步地，所述透明樹脂為環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂、酚醛樹脂或脲醛樹脂中的一種，所述固化劑為聚醚胺、三乙醇胺，順丁烯二酸酐，三氮化硼乙胺、苯磺酰氯中的一種。

更進一步地，所述納米纖維膜的材質(zhì)為PVA-co-PE納米纖維、纖維素納米纖維、聚碳酸酯納米纖維、殼聚糖纖維素、玻璃納米纖維或碳納米纖維中的一種，且納米纖維膜的平均直徑控制在100～300nm之間。

更進一步地，所述有機溶劑為丙酮、甲苯、二甲苯或環(huán)己酮中的一種。

有益效果：

1、本發(fā)明的制備方法簡單，采用的納米纖維已經(jīng)工業(yè)化，可以批量生產(chǎn)，因此本發(fā)明的制備方法具有工業(yè)化生產(chǎn)的應(yīng)用前景；

2、本發(fā)明的制備方法既可以在常壓下制備反應(yīng)，也可在真空環(huán)境下反應(yīng)，兩種不同的處理模式得到的復(fù)合薄膜中的纖維含量在28.3％～73％之間的一個較大范圍，拓展了復(fù)合薄膜的應(yīng)用領(lǐng)域；

3、本發(fā)明制備的復(fù)合薄膜，拉伸強度為單一樹脂的兩倍以上，光透光率與純的透明樹脂相當(dāng)，遠大于納米纖維，因此復(fù)合薄膜的綜合性能達到了協(xié)同增強的效果。

附圖說明

圖1為實施例中PVA-co-PE納米纖維的截面掃描電鏡圖；

圖2為實施例制備的復(fù)合薄膜的截面掃描電鏡圖。

具體實施方式

為了更好地解釋本發(fā)明，以下結(jié)合具體實施例進一步闡明本發(fā)明的主要內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于以下實施例。

其中，實施例1～實施例4為常壓下浸漬及固化反應(yīng)；實施例5～實施例7為真空環(huán)境下的浸漬及固化反應(yīng)，實施例8～實施例9為常壓下浸漬及真空環(huán)境下的固化反應(yīng)，實施例10～實施例11為真空環(huán)境下的浸漬及常壓下的固化反應(yīng)。

實施例1

稱取5g丙酮溶液于燒杯中，然后在燒杯中加入1g環(huán)氧樹脂，配成環(huán)氧樹脂/丙酮溶液；將上述溶液進行磁力攪拌3.5h，使環(huán)氧樹脂充分的溶解在丙酮溶液中；3.5h后再向燒杯中加入固化劑聚醚胺0.6g，繼續(xù)攪拌1h；將配制好的含有固化劑聚醚胺、環(huán)氧樹脂的丙酮溶液倒入培養(yǎng)皿中，然后再稱取0.0625g PVA-co-PE納米纖維膜(納米纖維膜的平均直徑優(yōu)選為250nm)，將其置于上述培養(yǎng)皿的溶液中，浸漬12h，取出進行高溫固化，固化反應(yīng)溫度為70℃，固化反應(yīng)時間為6h，制備得到PVA-co-PE納米纖維增強環(huán)氧樹脂的復(fù)合薄膜。

將得到的復(fù)合膜稱重為0.0856g，其中，纖維含量為73.0％，測得拉伸強度為73.5MPa，透過率為75％。

結(jié)合圖1和圖2可知，從圖1中可知PVA-co-PE納米纖維內(nèi)部具有大量的孔徑，圖2中復(fù)合薄膜中的PVA-co-PE納米纖維被環(huán)氧樹脂填充后，由于納米纖維高長徑比、網(wǎng)狀纏結(jié)等特性，使得樹脂能充分進入納米纖維中，形成結(jié)構(gòu)緊湊的目標產(chǎn)物，因此，拉伸強度也增大了100％～500％。

實施例2

稱取5g甲苯溶液于燒杯中，然后在燒杯中加入2g丙烯酸樹脂，配成丙烯酸樹脂/甲苯溶液；將上述溶液進行磁力攪拌3.5h，使丙烯酸樹脂充分的溶解在甲苯溶液中；將配制好的丙烯酸樹脂的甲苯溶液倒入培養(yǎng)皿中，然后再稱取0.0599g纖維素納米纖維膜(納米纖維膜的平均直徑優(yōu)選為150nm)，將其置于上述培養(yǎng)皿中，浸漬12h，取出用紫外燈固化得到纖維素納米纖維增強丙烯酸樹脂的復(fù)合薄膜(本實施例中的丙烯酸樹脂優(yōu)選紫外燈固化)。

將得到的復(fù)合膜稱重為0.0992g，纖維含量為60.2％，測得拉伸強度為62.7MPa，透過率為78％。

實施例3

稱取5g丙酮溶液于燒杯中，然后在燒杯中加入4g環(huán)氧樹脂，配成環(huán)氧樹脂/丙酮溶液；將上述溶液進行磁力攪拌3.5h，使環(huán)氧樹脂充分的溶解在丙酮溶液中；3.5h后再向燒杯中加入固化劑聚醚胺1.2g，繼續(xù)攪拌1h；將配制好的含有固化劑聚醚胺、環(huán)氧樹脂的丙酮溶液分別倒入培養(yǎng)皿中，然后再稱取0.0602g PVA-co-PE納米纖維膜(納米纖維膜的平均直徑優(yōu)選為250nm)，將其置于溶液中，浸漬12h，取出進行高溫固化，固化反應(yīng)溫度為80℃，固化反應(yīng)時間為4h，得到PVA-co-PE納米纖維增強環(huán)氧樹脂的復(fù)合薄膜。

將得到的復(fù)合膜稱重為0.1102g，纖維含量為54.6％，測得拉伸強度為55.4MPa，透過率為91％。

實施例4

稱取5g丙酮溶液于燒杯中，然后在燒杯中加入6g酚醛樹脂，配成酚醛樹脂/丙酮溶液；將上述溶液進行磁力攪拌3.5h，使酚醛樹脂充分的溶解在丙酮溶液中；3.5h后再向燒杯中加入固化劑苯磺酰氯1.8g，繼續(xù)攪拌1h；將配制好的含有固化劑苯磺酰氯、酚醛樹脂的丙酮溶液倒入培養(yǎng)皿中，然后再稱取0.0624g殼聚糖纖維素膜(納米纖維膜的平均直徑優(yōu)選為200nm)，將其置于溶液中，浸漬12h，取出進行高溫固化，固化反應(yīng)溫度為90℃，固化反應(yīng)時間為3.5h，得到殼聚糖素纖維增強環(huán)氧樹脂的復(fù)合薄膜。

將得到的復(fù)合膜稱重為0.1260g，纖維含量為49.5％，測得拉伸強度為80MPa，透過率為88％。

實施例5

稱取6g環(huán)氧樹脂于培養(yǎng)皿中，再加入1.8g固化劑聚醚胺，將兩者攪拌均勻；把上述混合物置于真空環(huán)境下，在真空度為-0.1MPa下，排去其中的空氣；然后將0.0618g PVA-co-PE納米纖維膜(納米纖維膜的平均直徑優(yōu)選為200nm)置于上述混合物中，在真空環(huán)境下浸漬1h(真空度優(yōu)選為-0.1MPa)，然后繼續(xù)在真空環(huán)境下高溫固化；固化反應(yīng)溫度為70℃，固化反應(yīng)時間為5h，得到PVA-co-PE納米纖維膜增強環(huán)氧樹脂的復(fù)合薄膜。

將得到的復(fù)合膜稱重為0.1797g，纖維含量為34.4％，測得拉伸強度為38.8MPa，透過率為89％。

實施例6

稱取6g丙烯酸樹脂于培養(yǎng)皿中，在真空度為-0.1MPa下，排去其中的空氣；然后將0.0622g PVA-co-PE納米纖維膜(納米纖維膜的平均直徑優(yōu)選為200nm)置于上述混合物中，在真空環(huán)境下浸漬3h，然后繼續(xù)在真空環(huán)境(真空度優(yōu)選為-0.1MPa)下采用紫外燈固化，得到PVA-co-PE納米纖維膜增強丙烯酸樹脂的復(fù)合薄膜。

將得到的復(fù)合膜稱重為0.2198g，纖維含量為28.3％，測得拉伸強度為26.0MPa，透過率為86％。

實施例7

稱取6g脲醛樹脂于培養(yǎng)皿中，再加入1.8g固化劑苯磺酸，將兩者攪拌均勻；把上述混合物置于真空環(huán)境下，在真空度為-0.1MPa下，排去其中的空氣；然后將0.1568g玻璃納米纖維膜(納米纖維膜的平均直徑優(yōu)選為200nm)置于上述混合物中，在真空環(huán)境下浸漬3h，然后繼續(xù)在真空環(huán)境下高溫固化(真空度優(yōu)選為-0.1MPa)；固化反應(yīng)溫度為100℃，固化反應(yīng)時間為3h，得到玻璃納米纖維膜增強脲醛樹脂的復(fù)合薄膜。

將得到的復(fù)合膜稱重為0.3920g，纖維含量為40.0％，測得拉伸強度為132.9MPa，透過率為88％。

實施例8

稱取5g丙酮溶液于燒杯中，然后在燒杯中加入4g環(huán)氧樹脂，配成環(huán)氧樹脂/丙酮溶液；將上述溶液進行磁力攪拌3.5h，使環(huán)氧樹脂充分的溶解在丙酮溶液中；3.5h后再向燒杯中加入固化劑聚醚胺1.2g，繼續(xù)攪拌1h；將配制好的含有固化劑聚醚胺、環(huán)氧樹脂的丙酮溶液分別倒入培養(yǎng)皿中，然后再稱取0.0602g PVA-co-PE納米纖維膜(納米纖維膜的平均直徑優(yōu)選為250nm)，將其置于溶液中，浸漬12h，取出后在真空環(huán)境下進行高溫固化(真空度優(yōu)選為-0.1MPa)，固化反應(yīng)溫度為80℃，固化反應(yīng)時間為4h，得到PVA-co-PE納米纖維增強環(huán)氧樹脂的復(fù)合薄膜。

將得到的復(fù)合膜稱重為0.1302g，纖維含量為47.6％，測得拉伸強度為48.4MPa，透過率為90％。

實施例9

稱取5g丙酮溶液于燒杯中，然后在燒杯中加入6g酚醛樹脂，配成酚醛樹脂/丙酮溶液；將上述溶液進行磁力攪拌3.5h，使酚醛樹脂充分的溶解在丙酮溶液中；3.5h后再向燒杯中加入固化劑苯磺酰氯1.8g，繼續(xù)攪拌1h；將配制好的含有固化劑苯磺酰氯、酚醛樹脂的丙酮溶液倒入培養(yǎng)皿中，然后再稱取0.0624g殼聚糖纖維素膜(納米纖維膜的平均直徑優(yōu)選為200nm)，將其置于溶液中，浸漬12h，取出后在真空環(huán)境下進行高溫固化(真空度優(yōu)選為-0.1MPa)，固化反應(yīng)溫度為90℃，固化反應(yīng)時間為3.5h，得到殼聚糖素纖維增強環(huán)氧樹脂的復(fù)合薄膜。

將得到的復(fù)合膜稱重為0.1412g，纖維含量為33.5％，測得拉伸強度為76MPa，透過率為88％。

實施例10

稱取6g脲醛樹脂于培養(yǎng)皿中，再加入1.8g固化劑苯磺酸，將兩者攪拌均勻；把上述混合物置于真空環(huán)境下，在真空度為-0.1MPa下，排去其中的空氣；然后將0.1568g玻璃納米纖維膜(納米纖維膜的平均直徑優(yōu)選為200nm)置于上述混合物中，在真空環(huán)境下浸漬3h，取出后在標準大氣壓下進行高溫固化，固化反應(yīng)溫度為100℃，固化反應(yīng)時間為3h，得到玻璃納米纖維膜增強脲醛樹脂的復(fù)合薄膜。

將得到的復(fù)合膜稱重為0.3213g，纖維含量為46.7％，測得拉伸強度為120.8MPa，透過率為88％。

實施例11

稱取6g脲醛樹脂于培養(yǎng)皿中，再加入1.8g固化劑苯磺酸，將兩者攪拌均勻；把上述混合物置于真空環(huán)境下，在真空度為-0.1MPa下，排去其中的空氣；然后將0.1568g玻璃納米纖維膜(納米纖維膜的平均直徑優(yōu)選為200nm)置于上述混合物中，在真空環(huán)境下浸漬3h，取出后在標準大氣壓下進行高溫固化，固化反應(yīng)溫度為100℃，固化反應(yīng)時間為3h，得到玻璃納米纖維膜增強脲醛樹脂的復(fù)合薄膜。

將得到的復(fù)合膜稱重為0.3420g，纖維含量為46.7％，測得拉伸強度為127.9MPa，透過率為85％。

以上實施例僅為最佳舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。除上述實施例外，本發(fā)明還有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護范圍。