[发明专利]一种改性芳纶纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机纤维的改性技术，特别涉及一种改性芳纶纤维及其制备方法。 

背景技术

自上世纪六十年代，美国杜邦公司首次研制出对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）纤维（我国称为芳纶纤维）以来，芳纶纤维就受到人们的广泛关注。芳纶纤维以冲击性能好、弹性模量高、密度小、热稳定性及化学稳定性高等优点而著称，作为树脂基复合材料的增强体广泛应用于航天航空、国防军事、轮胎橡胶和电子电器等领域。 

但是，芳纶纤维存在的两个显著缺点限制了它的应用。其一为结晶度高、表面缺少活性基团且表面光滑，与基体树脂的粘结性差，不利于制备出综合性能突出的复合材料；其二是耐紫外性差，在日光下易老化，不利于芳纶纤维在室外长期使用。因此，芳纶纤维的改性一直是芳纶纤维研发的重要内容。 

迄今，人们展开了大量的芳纶纤维改性工作，但是其目的以提高纤维表面的反应活性为主，较少考虑同时改善芳纶纤维的两大缺点。提高芳纶纤维表面反应性的方法较多，主要有等离子体表面处理、超声改性处理、化学刻蚀和化学接枝改性等。化学接枝法是通过化学键的作用将所需要的物质接枝到纤维表面的一种改性方法，它不像化学刻蚀对纤维产生不可逆的损伤，也不像等离子体处理需要成本很高的大型仪器。因此，化学接枝方法依然是现阶段研究人员使用较多的方法。目前，人们已经针对芳纶纤维的化学接枝改性展开了一些工作。例如Day等人通过引入侧氨基的方法，提高芳纶纤维与环氧树脂基体的粘结性（R.J. Day, K.D. Hewson, P.A. Lovell. Surface modification and its effect on the interfacial properties of model aramid-fibre/epoxy composites. Composites Science and Technolog, 2002, 62:153–166）。Liu等人通过傅-克反应将环氧氯丙烷接枝到纤维表面，从而引入环氧基团（Tiemin Liu, Yuansuo Zheng, Jie Hu. Surface modification of aramid fibers with novel chemical approach. Poly Bull, 2011,66:259–275）。但是，这些化学接枝改性只是在纤维表面引入单官能团的小分子化合物，只能单纯起到提升纤维的表面粘结性的作用，局限性较大。也有人尝试将碳纳米管接枝到纤维表面改善其与树脂的界面性能（Wei Chen, Xin-Ming Qian, Xue-Qiu He, Zhen-Yi Liu, Ji-Ping Liu. Surface Modification of Kevlar by Grafting Carbon Nanotubes. Journal of Applied Polymer Science, 2012,123:1983–1990），但这种方法并没有在纤维表面引入较多的活性基团，而是通过碳纳米管与树脂的物理缠结作用达到提高复合材料力学强度的目的。换言之，该方法不适用于那些不需要碳纳米管或者其他无机材料的复合材料的制备。因此，该方法存在局限性。 

涉及提高芳纶纤维抗紫外辐照性的研究一直较少，现有的研究成果大多为用溶胶凝胶法在芳纶纤维表面涂覆一层带有TiO₂或ZnO纳米粒子胶体，提高芳纶纤维的抗紫外性（参见文献①Phaneshwar Katangur, Prabir K. Patra, Steven B. Warner. Nanostructured ultraviolet resistant polymer coatings. Polymer Degradation and Stability,2006,2437-2442.②Yanjun Xing, Xin Ding. UV Photo-Stabilization of Tetrabutyl Titanate for Aramid Fibers via Sol–Gel Surface Modification. Journal of Applied Polymer Science,2007, 103:3113–3119. ③中国发明专利CN101050595A）。但是，由于无机纳米粒子胶体涂层和芳纶纤维表面不存在共价键作用，两者间依靠机械螯合力得到的作用力较弱，在长久使用时，无机纳米粒子胶体涂层在外力作用下很容易剥落，因此，该方法不利于赋予芳纶纤维持久的耐紫外光能力。 

综上所述，研发一种同时提升其表面粘结性和抗紫外辐照性的芳纶纤维具有重要意义和应用价值。