本公開涉及高性能纖維（hpf）、纖維增強(qiáng)復(fù)合物、塑料和其他材料。本公開還涉及涂覆有包含兒茶酚聚合物、更具體地聚兒茶酚苯乙烯（pcs）的材料的hpf纖維。本公開還涉及使用pcs型涂層官能化hpf纖維表面的方法。在一些實(shí)施方案中，該纖維是聚合物材料，諸如芳族聚酰胺、液晶聚合物（lcp）和超高分子量聚乙烯（uhmwpe）。在一個(gè)實(shí)施方案中，該hpf是碳纖維。

背景技術(shù)：

1、高性能纖維（hpf）諸如高性能聚合物纖維（hpp纖維）是用于熱固性材料、熱塑性材料和其他復(fù)合材料的一種非常重要的增強(qiáng)纖維。雖然由于其高比模量、比強(qiáng)度和耐腐蝕性，hpp纖維增強(qiáng)塑料（frp）可以是用于跨一系列工業(yè)的許多應(yīng)用的優(yōu)異材料，但是由于hpp纖維表面上的惰性聚合物結(jié)構(gòu)，纖維和基質(zhì)之間的界面粘合可能是弱的并且許多hpp-frp在纖維-基質(zhì)界面處表現(xiàn)出失效的趨勢(shì)。這種現(xiàn)象可極大地影響復(fù)合物的整體機(jī)械特性，諸如撓曲性能、層間剪切強(qiáng)度（ilss）等。良好的界面粘合可有效地將應(yīng)力從基質(zhì)轉(zhuǎn)移至增強(qiáng)材料，這促進(jìn)應(yīng)力的分散并增加復(fù)合物的機(jī)械強(qiáng)度。

2、類似地，hpf諸如碳纖維（cf）是用于熱固性材料、熱塑性材料和其他復(fù)合材料（cfrp）的非常重要的增強(qiáng)纖維。由于其高比模量、比強(qiáng)度和耐腐蝕性，cfrp是用于跨越一系列工業(yè)的許多應(yīng)用的優(yōu)異材料。然而，由于cf表面上的惰性石墨結(jié)構(gòu)，纖維和基質(zhì)之間的界面粘合趨于變?nèi)酰⑶掖蠖鄶?shù)cfrp在纖維-基質(zhì)界面處也表現(xiàn)出失效的趨勢(shì)。這種現(xiàn)象可極大地影響復(fù)合物的整體機(jī)械特性，諸如撓曲性能、層間剪切強(qiáng)度（ilss）等。類似于hpp，在cf中，良好的界面粘合也可有效地將應(yīng)力從基質(zhì)轉(zhuǎn)移至增強(qiáng)材料，這促進(jìn)應(yīng)力分散并增加復(fù)合物的機(jī)械強(qiáng)度。

3、近年來(lái)，已經(jīng)提出了許多改善纖維材料與復(fù)合基質(zhì)的界面粘合的方法，諸如化學(xué)接枝、上漿、炭黑、電泳沉積和引入納米顆粒。然而，這些工藝中的許多工藝是劇毒的，消耗大量能量，并且在會(huì)損壞纖維本身的苛刻條件下進(jìn)行。這限制了用于工業(yè)應(yīng)用的這些工藝的發(fā)展。開發(fā)用于改善用于開發(fā)高性能hpp-frp的hpf（諸如hpp纖維）和用于開發(fā)高性能cfrp的cf的界面特性的一種有效、安全和環(huán)境友好的工藝將是非常有用的。

4、用于改善纖維對(duì)基質(zhì)材料的界面剪切強(qiáng)度的一種方法是通過改變表面“粗糙度”并且因此改變纖維的表面能。例如，對(duì)于碳纖維，是通過沉積或涂覆含碳材料諸如碳納米管、碳納米纖維、石墨烯和炭黑。該方法不將cf的表面化學(xué)官能化，而是改變表面“粗糙度”并且因此改變纖維的表面能。這些含碳材料通過幾種方法沉積，這些方法可能是昂貴的、危險(xiǎn)的或兩者都有。這些方法包括化學(xué)氣相沉積、噴涂和浸涂。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、另一方面，本公開在hpf（諸如hpp纖維）和cf上提供聚兒茶酚苯乙烯基涂層，使其成為有效的粘合促進(jìn)劑，從而可將其摻入各種復(fù)合材料中。這種涂層不僅在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中的小規(guī)模下有效，而且對(duì)于大規(guī)模工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用也是有效的。

2、在一個(gè)實(shí)施方案中，本公開涉及一種經(jīng)涂覆的高性能纖維（hpf），該hpf上涂覆有含兒茶酚的材料，該含兒茶酚的材料包含含兒茶酚、半醌或醌的聚合物。

3、在另一個(gè)實(shí)施方案中，本公開涉及如上所述的經(jīng)涂覆的hpf，其中涂覆在該hpf上的該含兒茶酚的材料包括單體、低聚物或聚合物兒茶酚或含兒茶酚的材料，其中所述兒茶酚作為兒茶酚和/或作為半醌和/或作為醌存在，但不存在胺；并且其中聚合物層任選地包含以下中的至少一者：a)與該兒茶酚或含兒茶酚的材料分離的反應(yīng)性物質(zhì)；和b)催化劑、助催化劑或加速劑。

4、在又一個(gè)實(shí)施方案中，本公開涉及如上所述的經(jīng)涂覆的hpf，其中該聚合物材料包含與含兒茶酚的聚合物或低聚物分離的反應(yīng)性物質(zhì)；并且該反應(yīng)性物質(zhì)是聚氨酯組分、環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯單體或低聚物、甲基丙烯酸酯單體或低聚物、硅烷或它們的組合。

5、在一個(gè)實(shí)施方案中，本公開涉及如上所述的經(jīng)涂覆的hpf，其中該反應(yīng)性物質(zhì)是：

6、(i)聚氨酯組分；

7、(ii)聚氨酯組分，該聚氨酯組分是多元醇或含有多個(gè)羥基基團(tuán)的有機(jī)化合物，并且其中聚氨酯是直鏈的或支鏈的；

8、(iii)聚氨酯組分，該聚氨酯組分是1,6-己二醇、甘油、stepanpol?pdc-279?或聚己內(nèi)酯三醇；

9、(iv)環(huán)氧樹脂；

10、(v)環(huán)氧樹脂，該環(huán)氧樹脂是環(huán)氧單體、環(huán)氧低聚物、聚環(huán)氧化合物或它們的組合；并且其中該環(huán)氧樹脂是直鏈的或支鏈的；

11、(vi)環(huán)氧樹脂，該環(huán)氧樹脂是雙酚a二縮水甘油醚、雙酚a環(huán)氧樹脂、雙(4-縮水甘油氧基苯基)甲烷、雙酚e二縮水甘油醚（dgebe）、2,2’-[l,l-乙二基雙(4,1-亞苯基氧基亞甲基)]雙環(huán)氧乙烷、雙酚f二縮水甘油醚（dgebf）、聚(雙酚a-共-表氯醇)或它們的組合；

12、(vii)丙烯酸酯單體或低聚物；

13、(viii)丙烯酸酯單體或低聚物，該丙烯酸酯單體或低聚物是包含羧酸酯和羧酸腈中的至少一者以及乙烯基基團(tuán)的丙烯酸酯單體；并且其中該丙烯酸酯是直鏈的或支鏈的；或

14、(ix)丙烯酸酯單體或低聚物，該丙烯酸酯單體或低聚物是丙烯酸乙酯、乙烯-丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、2-氯乙基乙烯基醚、丙烯酸2-羥乙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸丁酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯（tmpta）或它們的組合。

15、在另一個(gè)實(shí)施方案中，本公開涉及如上所述的經(jīng)涂覆的hpf，其中該聚合物層包含該催化劑、該助催化劑或該加速劑；并且該催化劑、該助催化劑或該加速劑是促進(jìn)聚氨酯聚合反應(yīng)的聚氨酯催化劑、促進(jìn)環(huán)氧樹脂聚合反應(yīng)的環(huán)氧樹脂催化劑、促進(jìn)丙烯酸酯聚合反應(yīng)的丙烯酸酯催化劑或它們的組合。

16、在又一個(gè)實(shí)施方案中，本公開涉及如上所述的經(jīng)涂覆的hpf，其中該催化劑、該助催化劑或該加速劑是：

17、(i)聚氨酯催化劑，該聚氨酯催化劑促進(jìn)聚氨酯聚合反應(yīng)；

18、(ii)聚氨酯催化劑，該聚氨酯催化劑促進(jìn)聚氨酯聚合反應(yīng)，并且該聚氨酯催化劑為1,4-二氮雜雙環(huán)[2.2.2]辛烷、k-kat?6212、芐基二甲胺或它們的組合；

19、(iii)環(huán)氧樹脂催化劑，該環(huán)氧樹脂催化劑促進(jìn)環(huán)氧樹脂聚合；

20、(iv)環(huán)氧樹脂催化劑，該環(huán)氧樹脂催化劑是1,4-二氮雜雙環(huán)[2.2.2]辛烷；

21、(v)丙烯酸酯催化劑，該丙烯酸酯催化劑促進(jìn)丙烯酸酯聚合；或

22、(vi)丙烯酸酯催化劑，該丙烯酸酯催化劑是丙烯酸或自由基聚合促進(jìn)劑。

23、在一個(gè)實(shí)施方案中，本公開涉及如上所述的經(jīng)涂覆的hpf，其中該聚合物材料的涂層具有如下厚度：

24、(i)約5納米至約100微米；

25、(ii)約15納米至約50微米；

26、(iii)約15納米至約15微米；

27、(iv)約50納米至小于約15微米；或

28、(v)約50納米至約1.5微米。

29、在另一個(gè)實(shí)施方案中，本公開涉及如上所述的經(jīng)涂覆的hpf，其中該含兒茶酚的聚合物或低聚物包含聚兒茶酚苯乙烯（pcs）。

30、在又一個(gè)實(shí)施方案中，本公開涉及如上所述的經(jīng)涂覆的hpf，其中分子量在100至1,000,000的范圍內(nèi)。

31、在一個(gè)實(shí)施方案中，本公開涉及如上所述的經(jīng)涂覆的hpf，其中該pcs包含約15%兒茶酚至約85%兒茶酚。

32、在另一個(gè)實(shí)施方案中，本公開涉及如上所述的經(jīng)涂覆的hpf，其中該pcs包含約25%兒茶酚或約35%兒茶酚。

33、在又一個(gè)實(shí)施方案中，本公開涉及如上所述的經(jīng)涂覆的hpf，其中該hpf是聚合物。

34、在一個(gè)實(shí)施方案中，本公開涉及如上所述的經(jīng)涂覆的hpf，其中該hpf是芳族聚酰胺、超芳族聚酰胺、芳族聚酰胺共聚物、間位芳族聚酰胺、lcp、uhmwpe聚合物、聚酰胺、聚酯、聚烯烴、或它們的組合。

35、在另一個(gè)實(shí)施方案中，本公開涉及如上所述的經(jīng)涂覆的hpf，其中該hpf是碳纖維。

36、在又一個(gè)實(shí)施方案中，本公開涉及一種包含一種或多種上述hpf的纖維增強(qiáng)復(fù)合物。

37、在一個(gè)實(shí)施方案中，本公開涉及如上所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合物，其中基質(zhì)聚合物選自：

38、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯硫醚、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醚酰亞胺、醛縮醇、砜聚合物、乙烯-乙酸乙烯酯、液晶聚合物、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、含氟聚合物、熱塑性彈性體、熱塑性聚氨酯、聚對(duì)苯二甲酸環(huán)己烷二甲酯、環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂、乙烯基酯樹脂、酚醛樹脂、聚酰亞胺、聚氨酯、聚苯乙烯、有機(jī)硅樹脂、氰酸酯、三聚氰胺-甲醛樹脂、聚二環(huán)戊二烯、聚芳酯、聚苯并咪唑、聚三氟氯乙烯、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯、聚丙烯腈、聚羥基烷酸酯、聚乳酸、聚羥基丁酸酯、聚甲醛共聚物。

39、在另一個(gè)實(shí)施方案中，本公開涉及一種用于制備如上所述的hpf的方法，所述方法包括：將hpf暴露于溶解在一種或多種溶劑中的預(yù)聚合的含兒茶酚的聚合物。

40、在又一個(gè)實(shí)施方案中，本公開涉及一種用于官能化如上所述的hpf表面的表面的方法，該方法包括：將該hpf暴露于溶解在一種或多種溶劑中的預(yù)聚合的含兒茶酚的聚合物。

41、在一個(gè)實(shí)施方案中，本公開涉及如上所述的經(jīng)涂覆的hpf，其中該hpf完全或部分地覆蓋有包含pcs聚合物的材料。

42、在另一個(gè)實(shí)施方案中，本公開涉及一種包含如上所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的制品。

43、在又一個(gè)實(shí)施方案中，本公開涉及一種用于將涂層施涂到由如上所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合物制成的基材的至少一個(gè)面上的方法，其中該方法包括：

44、將填充有石墨烯顆?；蜾\顆粒的pcs層作為底漆施涂到該基材的所述至少一個(gè)面上，以及

45、將涂層施涂到該填充有鋅顆?；蚴╊w粒的pcs層。

46、在一個(gè)實(shí)施方案中，本公開涉及一種如上所述的方法，其中：

47、該填充有鋅顆?；蚴╊w粒的粘性pcs層具有介于200nm與100μm之間的厚度；并且/或者

48、該pcs層填充有石墨烯顆粒并且包含0.5重量%至2重量%的石墨烯。

49、在另一個(gè)實(shí)施方案中，本公開涉及一種基材，該基材包括涂層，該涂層通過實(shí)施如上所述的方法施涂在至少一個(gè)面上。

50、在又一個(gè)實(shí)施方案中，本公開涉及一種飛行器部件，該飛行器部件包括如上所述的基材。