一种利用碳纤维复合材料制备防割手套的方法
阅读说明：本技术 一种利用碳纤维复合材料制备防割手套的方法 (Method for preparing anti-cutting gloves by using carbon fiber composite material ) 是由 张丽 马晓飞 张志成 于 2021-07-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种利用碳纤维复合材料制备防割手套的方法,涉及碳纤维复合材料技术领域,本发明一方面通过碳纤维的氧化处理制得氧化碳纤维,另一方面利用1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷与对苯二甲酸经缩合反应制备树脂,利用这两种方式来提高碳纤维与树脂的粘结性,提高碳纤维复合材料的界面粘结性能,从而改善碳纤维复合材料的再加工性能和防割手套的使用质量。(The invention discloses a method for preparing cut-proof gloves by using carbon fiber composite materials, which relates to the technical field of carbon fiber composite materials.)
技术领域
：本发明涉及碳纤维复合材料技术领域，具体涉及一种利用碳纤维复合材料制备防割手套的方法。
背景技术
：碳纤维是由碳元素组成的一种特种纤维，具有耐高温、抗摩擦、导电、导热、耐腐蚀等特性，外形呈纤维状，柔软，可加工成各种织物。由于碳纤维的石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此其沿纤维轴方向有很高的强度和模量。碳纤维的密度小，因此比强度和比模量高。碳纤维的主要用途是作为增强材料与树脂、金属、陶瓷及炭等复合，制造复合材料。
由于碳纤维表面呈现较高的惰性，因此利用碳纤维与树脂制备的复合材料存在粘结性差的问题，不利于纤维与树脂之间的浸润，从而影响复合材料的力学性能。商业化碳纤维表面一般涂覆一层上胶剂，作为连接纤维和树脂基体的界面相和传递载荷的“桥梁”，但由于碳纤维和树脂基体的模量差异过大，并不利于应力在碳纤维与树脂基体之间均匀传递。
发明内容
：本发明所要解决的技术问题在于提供一种利用碳纤维复合材料制备防割手套的方法，在保留碳纤维优良特性的同时增强碳纤维与树脂的结合力，从而提高复合材料的力学性能，制得满足使用需求的防割手套。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
一种利用碳纤维复合材料制备防割手套的方法，包括以下制备步骤：
(1)将碳纤维分散于丙酮溶液中进行超声处理，抽滤，洗涤，干燥；
(2)将经步骤(1)除杂处理后的碳纤维置于氧化剂中进行氧化处理，抽滤，洗涤，干燥，得到氧化碳纤维；
(3)将步骤(2)制备的氧化碳纤维分散于N,N-二甲基甲酰胺中，然后加入1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷和对苯二甲酸，搅拌溶解，再加入缩合剂，加热反应，反应结束后冷却至室温，抽滤，洗涤，干燥，得到碳纤维复合材料；
(4)将步骤(3)制备的碳纤维复合材料经纺纱、织造制成碳纤维复合面料，再经剪裁、缝合制成防割手套。
所述丙酮溶液的体积浓度为50-70％。
所述超声处理在冷凝回流条件下进行。
所述超声处理的工作频率为20kHz、功率为500-1000W。
所述超声处理的时间为3-8h。
所述氧化剂为质量浓度10-30％的双氧水溶液。
所述氧化处理的时间为5-12h，温度为50-100℃。
所述缩合剂为1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐、1-羟基苯并三唑、二异丙基碳二亚胺、二环己基碳二亚胺中的一种或多种。
所述氧化碳纤维、1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷和对苯二甲酸的质量比为(50-150):(200-300):(100-200)。
所述加热反应的温度为50-80℃。
本发明制备碳纤维复合材料的原理：
1、通过除杂处理清除碳纤维表面的上浆剂以及杂质。
2、通过氧化处理使碳纤维表面产生大量的含氧活性基团，提高碳纤维的表面能和表面活性，增强碳纤维与树脂的结合力，形成均匀且稳定的碳纤维复合材料。
3、1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷与对苯二甲酸在缩合剂的作用下经缩合反应生成新型结构的树脂，该树脂与碳纤维的粘结性强，避免上胶剂的使用，改善碳纤维复合材料的界面粘结性能，利于应力在碳纤维与树脂基体之间均匀传递。
1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷的结构式：
对苯二甲酸的结构式：
1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷分子两端的氨基与对苯二甲酸分子两端的羧基发生缩合反应，通过酰胺基的桥梁作用生成分子链中包含苯基、酰胺基、硅氧烷基的树脂。
本发明的有益效果是：本发明一方面通过碳纤维的氧化处理制得氧化碳纤维，另一方面利用1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷与对苯二甲酸经缩合反应制备树脂，利用这两种方式来提高碳纤维与树脂的粘结性，提高碳纤维复合材料的界面粘结性能，从而改善碳纤维复合材料的再加工性能和防割手套的使用质量。
具体实施方式
：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
(1)将碳纤维分散于体积浓度为50％的丙酮溶液中进行超声处理，超声处理在冷凝回流条件下进行8h，超声频率为20kHz，超声功率为1000W，抽滤，洗涤，干燥。
(2)将经步骤(1)除杂处理后的碳纤维置于质量浓度20％的双氧水溶液中进行氧化处理，氧化处理的时间为8h，温度为80℃，抽滤，洗涤，干燥，得到氧化碳纤维。
(3)将10g步骤(2)制备的氧化碳纤维分散于N,N-二甲基甲酰胺中，然后加入24.8g1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷和16.6g对苯二甲酸，搅拌溶解，再加入20g1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐和14g 1-羟基苯并三唑，加热至60℃反应12h，反应结束后冷却至室温，抽滤，洗涤，干燥，得到碳纤维复合材料。
(4)将步骤(3)制备的碳纤维复合材料经纺纱、织造制成碳纤维复合面料，再经剪裁、缝合制成防割手套。
实施例2
(1)将碳纤维分散于体积浓度为60％的丙酮溶液中进行超声处理，超声处理在冷凝回流条件下进行5h，超声频率为20kHz，超声功率为500W，抽滤，洗涤，干燥。
(2)将经步骤(1)除杂处理后的碳纤维置于质量浓度30％的双氧水溶液中进行氧化处理，氧化处理的时间为5h，温度为70℃，抽滤，洗涤，干燥，得到氧化碳纤维。
(3)将12g步骤(2)制备的氧化碳纤维分散于N,N-二甲基甲酰胺中，然后加入28.5g1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷和16.6g对苯二甲酸，搅拌溶解，再加入20g1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐和14g 1-羟基苯并三唑，加热至80℃反应8h，反应结束后冷却至室温，抽滤，洗涤，干燥，得到碳纤维复合材料。
(4)将步骤(3)制备的碳纤维复合材料经纺纱、织造制成碳纤维复合面料，再经剪裁、缝合制成防割手套。
实施例3
(1)将碳纤维分散于体积浓度为70％的丙酮溶液中进行超声处理，超声处理在冷凝回流条件下进行3h，超声频率为20kHz，超声功率为800W，抽滤，洗涤，干燥。
(2)将经步骤(1)除杂处理后的碳纤维置于质量浓度30％的双氧水溶液中进行氧化处理，氧化处理的时间为8h，温度为80℃，抽滤，洗涤，干燥，得到氧化碳纤维。
(3)将15g步骤(2)制备的氧化碳纤维分散于N,N-二甲基甲酰胺中，然后加入26.7g1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷和16.6g对苯二甲酸，搅拌溶解，再加入20g1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐和14g 1-羟基苯并三唑，加热至70℃反应12h，反应结束后冷却至室温，抽滤，洗涤，干燥，得到碳纤维复合材料。
(4)将步骤(3)制备的碳纤维复合材料经纺纱、织造制成碳纤维复合面料，再经剪裁、缝合制成防割手套。
对比例1
对比例1是将实施例3中的步骤(2)去掉，其余制备步骤完全同实施例3。
对比例2
对比例2是将实施例3中的1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷替换为等摩尔用量的己二胺，其余制备步骤完全同实施例3。
使用复合材料界面性能评价装置(日本东荣株式会社)MODEL HM410对碳纤维复合材料的界面剪切强度进行测试。
测试结果见表1。
表1碳纤维复合材料的界面剪切强度
组别
界面剪切强度/MPa
实施例1
53.4
实施例2
52.7
实施例3
54.2
对比例1
43.1
对比例2
32.8
由表1可以得知，本发明制备的碳纤维复合材料的界面剪切强度大，说明碳纤维与树脂的结合力强。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
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