[发明专利]一种芳纶纤维在CO2超临界流体中接枝环氧树脂的方法

说明书

技术领域

本发明属于芳纶纤维改性技术领域，涉及一种芳纶纤维在CO₂超临界流体中接枝环氧树脂的方法。

背景技术

芳纶纤维具有超高模量、高强度、耐高温、质轻等特点，在航空航天、军用服装、材料增强等领域具有广泛的应用。芳纶纤维由于其刚性分子链结构，苯环对酰胺官能团上的氢具有屏蔽作用，使得该氢不活拨，难于被其它基团替代，且表面结晶度高，表面光滑，浸润性差，限制了其在复合材料领域中的应用。传统的接枝法是将芳纶纤维置于溶有一定量接枝溶剂一般为异氰酸酯的甲苯溶液或异氰酸酯溶液，一定温度下使纤维酰胺键上的氢与异氰酸酯反应。此方法虽能实现改性芳纶纤维，但存在不能对纤维内部进行改性、溶剂有毒、需保护气、纤维有损伤、反应时间长等缺点。

如，中国专利公报公开了一种申请号为：CN200810228915.2，名称为芳纶纤维表面改性方法的专利申请，其主要技术方案是采用界面聚合法交联液晶单体4，4-二羟基-α,α‘-二甲基苄联氮。此种方法操作麻烦，效率低，且无法实现连续化生产，生产效率低。

中国专利公报还公开了一种申请号为：CN200610150924.5，名称为芳纶纤维表面改性的处理方法的专利申请，其主要技术方案是将干燥过的芳纶纤维同介质一起密闭于玻璃反应器内，采用γ射线辐照处理。采用此种方法表面处理的效果有限，且不能对纤维内部进行改性，反应时间相对较长。

中国专利公报还公开了一种申请号为：CN201210037329.6,名称为一种芳纶纤维在超临界CO₂中的表面接枝聚合改性方法的专利申请，其主要方案是利用超临界CO₂的携带及溶胀作用使芳纶接枝改性。此方法没有任何张力作用的影响，表面处理的效果有限，不能实现拉伸取向增强纤维强度的作用。

中国专利公报还公开了一种申请号为：CN201010612333.1，名称为组织工程支架的制备方法的专利申请，其主要方案是采用将有降解聚合物类纤维在超临界CO₂中处理的方法，通过控制处理压力和处理温度，得到组织工程支架。该方法利用了超临界CO₂技术，实现了纤维的高压，高温处理。

现有技术对芳纶纤维进行接枝处理的方法很多，但大多具有操作麻烦，效率低等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种芳纶纤维在CO₂超临界流体中接枝环氧树脂的方法，提高纤维强度及模量的同时，使结晶度，取向度增大，由于表面交联的环氧活性基团，更有利于纤维作为复合材料增强树脂使用。芳纶纤维在超临界CO₂流体中加张力作用下改性利用了超临界CO₂流体的溶胀和携带作用，更由于张力的存在，使纤维处于拉伸状态，使分子链取向度，结晶度随着表面及内部交联增大而增大，晶粒变大，结晶趋于完整，同时发生化学交联反应，使大分子之间的交联与支化程度增加，有利于纤维强度与模量的提高，极性无定形区的交联增强，对极性高分子纤维的改性具有重要意义。本发明利用了超临界CO₂流体的性能，并且实现了张力的处理，可对纤维进行高压，高温处理。反应更容易发生，且操作简单，适合工业化生产。

本发明的一种超临界CO₂中张力作用下改性芳纶纤维的方法，首先利用Na金属化反应改性芳纶表面，再利用超临界流体技术，在装有环氧树脂溶剂的密闭容器中，使经过表面改性处理的芳纶纤维保持一定张力且不与环氧树脂溶剂接触，在一定温度下，向容器中充入CO₂，使密闭容器内部空间处于超临界CO₂状态，溶胀反应一定时间后，慢速泄压，即获得接枝环氧树脂的芳纶纤维。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种超临界CO₂中张力作用下改性芳纶纤维的方法，所述环氧树脂溶剂分子为线性，且在反应状态下为气态，环氧树脂的加入体积量占反应容器容积的2.5%～5%。

如上所述的方法，所述利用Na金属化反应改性芳纶表面是指用NaH和DMSO反应得到的甲基亚硫酰基卡宾钠与芳纶表面酰胺链上的仲氮氢反应，生成能溶解于DMSO中的金属化芳纶大分子，反应温度控制在60～65℃，甲基亚硫酰基卡宾钠浓度为0.1～0.2mol/L，反应时间10～15min，反应在氮气保护下进行。

如上所述的方法，所述芳纶纤维为Kevlar29、Kevlar49、Kevlar129、Nomex、Twaron纤维、Technora纤维、Terlon纤维或者国产芳III纤维。