[发明专利]一种芳纶纤维的超声波表面改性处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种芳纶纤维的表面处理方法，更具体地说，本发明涉及一种芳纶纤维的超声波表面改性处理方法。

背景技术

芳纶纤维是一种高性能的有机纤维，具有高强高模、耐高温、比重轻、抗冲击、耐疲劳、化学稳定性好、低膨胀、低导热、介电性好等多项优异特点。因此在航空航天领域，芳纶逐渐被大量用作复合材料的增强材料。

然而，由于芳纶纤维表面能较低，其与树脂基体之间的浸润性比较差，界面粘结强度低，纤维与基体树脂粘结强度低。因此，必须通过表面改性处理，来提高纤维和树脂基体的界面结合力，从而增强复合材料的力学性能。

目前普遍使用的芳纶纤维表面处理方法有表面涂覆法、化学接枝法、等离子体处理等。这些方法在一定程度上改善了纤维与树脂基体相互作用，提高了界面间的结合强度。但这些方法工艺繁琐、处理速度慢、效率低、成本高，不利于工业化大规模生产；同时，处理效果不稳定、容易对纤维本体造成损伤、力学性能损失严重。

国家知识产权局于2005.2.23公开了一项申请号为200410027534.X，名称为“一种芳纶-橡胶复合材料的制备方法”的发明专利，该专利提供一种芳纶-橡胶复合材料的制备方法，包括下述步骤：(1)将芳纶纤维置于介质中，采用超声波通过介质对芳纶纤维进行表面改性；(2)将改性后的芳纶纤维干燥；(3)将芳纶纤维与橡胶硫化粘合，制成芳纶-橡胶复合材料。本发明采用超声波对芳纶纤维表面进行改性处理，操作方便、经济、安全，可一步完成，处理时间短，效果好，对环境无污染；同时对芳纶纤维本体的损害较小，改性效果显著，可控性好，经超声波表面处理后的芳纶纤维表面活性大，与橡胶基体的粘合力强，所制备的芳纶-橡胶复合材料具有良好的耐疲劳特性、耐热空气老化和湿热老化等优点。

上述专利公开了用超声波来对芳纶纤维做表面改性处理，其适用的超声介质为无机强酸、强碱或者不饱和有机单体如甲基丙烯酸系列酯类、丙烯酸系列酯类，上述介质超声作用下腐蚀性极强，对设备要求很高，增加了成本，且这些介质不能在生产芳纶过程中运用于超声处理，不能实现在线连续生产；另外上述处理介质需要单独工艺配置，降低了生产效率，提高了生产成本。

发明内容

本发明旨在解决上述现有技术超声处理介质腐蚀性强，不能改善芳纶纤维表面状态，不能增强树脂与纤维的结合强度的问题，提供一种芳纶纤维的超声波表面处理方法，达到减小介质腐蚀性，改善芳纶纤维表面状态的目的。

本发明的另一目的是实现在线连续超声波处理。

为了实现上述发明目的，其具体的技术方案如下：

一种芳纶纤维的超声波表面改性处理方法，包括将芳纶纤维丝束进行超声波处理、清洗以及干燥，得到改性芳纶纤维（改性是指提高表面粗糙度，提高层间剪切强度），其特征在于：所述的超声波处理中，采用的超声波处理介质为酰胺类有机溶剂中的一种或者任意比例的几种。

上述酰胺类有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、N，N-二甲基乙酰胺(DMAC)、N，N-二甲基丙酰胺、N，N-二乙基丙酰胺、N,N-二乙基乙酰胺、六甲基磷酸三酰胺(HMTA)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的一种或任意比例的几种。

本发明所述的将芳纶纤维丝束进行超声波处理是指将芳纶纤维丝束经过导丝辊在线连续通过盛有超声波处理介质的超声波清洗槽，进行超声波处理，液面完全浸没芳纶纤维丝束。

本发明所述的将芳纶纤维丝束进行清洗是指将经过超声波清洗槽的芳纶纤维丝束在线连续通过清洗辊，清洗辊上方或侧面有去离子水均匀喷淋。

本发明所述的芳纶纤维丝束为对位芳纶（如：芳纶Ⅱ、Kevlar、Twaron）、对位共聚芳纶（如：Technora）或者杂环芳纶（如：芳纶Ⅲ、AMPOC）。

本发明所述的超声波处理为在超声波功率为20～2000w、超声波频率15～60KHz、超声波处理介质温度为20～80℃的条件下，芳纶纤维丝束在超声波处理介质中超声波处理1～15分钟。

本发明所述的芳纶纤维丝束经过超声波清洗槽的速度为5～20m/min。

本发明所述的清洗的时间为1～5分钟，水温为60～100℃。

本发明所述的干燥的时间为0.2～3分钟，温度为80～160℃。

本发明带来的有益技术效果：