[发明专利]一种芳纶纤维表面有机化改性的方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种芳纶纤维表面有机化改性的方法，具体涉及一种芳纶纤维表面有机化改性的方法。

背景技术

芳纶纤维（Aramid fiber，ARF），是一种新型高科技合成纤维，具有超高强度、高模量、耐高温、耐酸耐碱和重量轻等优良性能，其强度是钢丝的5 ~ 6倍，模量为钢丝或玻璃纤维的2 ~ 3倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的1/5左右，在560 ^oC的温度下，不分解，不融化。它具有良好的绝缘性和抗老化性能，具有很长的生命周期。ARF的发现，被认为是材料界一个非常重要的历史进程。

从全球来看，全球间位芳纶纤维（1313）产能3.2万吨，供需基本平衡。据智研咨询统计显示：在国内供求关系方面，我国间位芳纶需求约10000 吨，而国内总产能为8600 吨，全球对位芳纶产能约6.5万吨，2011 年全球对位芳纶需求量在53000吨左右。世界上主要的对位芳纶生产商是美国杜邦和日本帝人，分别具有28600吨和28450吨产能，几乎垄断国际市场。目前我国对位芳纶的年需求量在5000吨以上，全部依赖进口，目前售价在20万元/吨。

众所周知，芳纶纤维增强复合材料的物化性质与芳纶纤维和树脂基体间的界面性质直接相关，然而芳纶纤维的表面平滑且具有较强的化学惰性，难以在芳纶纤维表面寻找反应的活性基点。因此若要使用芳纶纤维增强复合材料，充分发挥芳纶纤维的性能优势，对于PPTA的表面有机化改性显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种成本低廉，工艺简单能够增加芳纶纤维表面的反应活性的芳纶纤维表面有机化改性的方法。

本发明所采用的技术方案是：一种芳纶纤维表面有机化改性的方法，其特别之处在于：由以下步骤实现：

第一步：清洗芳纶纤维表面的油脂：取1~5 g未经处理的ARF纤维，置于100 ~ 300 mL丙酮中，超声15 ~ 45 min，然后以蒸馏水洗净，并置于1 ~ 5%的十二烷基磺酸钠水溶液中，再次超声15 ~ 45 min，最后以蒸馏水反复洗净，干燥备用；

第二步：将第一步中清洗过的ARF纤维放入1 ~ 10%的氢氧化钠溶液中，根据所用氢氧化钠溶液浓度由高到低，选择室温至回流温度之间的温度，搅拌1 ~ 2 h，之后以蒸馏水洗至滤液呈中性，烘干，制备得碱处理的ARF，记为SH-ARF；

第三步：在三口烧瓶中加入0.5 ~ 2 g SH-ARF纤维，加入50 ~ 150 mL 环氧氯丙烷，开始搅拌，加入催化剂无水氯化铝，搅拌2 ~ 4 h，充分反应后将反应产物抽滤，用蒸馏水冲洗净，之后在50 ~ 80 ^oC下用1 ~ 10%的氢氧化钠溶液浸泡0.5 ~ 2 h，处理完毕后以蒸馏水洗至滤液呈中性，并将其干燥，制备得ECP改性的ARF纤维，记为ECP-ARF。

上述的芳纶纤维包括对位芳纶纤维和间位芳纶纤维。

上述第三步所述的催化剂采用两种方式加入并反应，一种是缓慢滴加浓度为10 ~ 50 g/L无水氯化铝-乙醚溶液，于室温下搅拌2 ~ 4 h；另一种是分批多次加入0.5 ~ 2.5 g的无水氯化铝，于90 ~ 110 ^oC下搅拌2 ~ 4 h。

    与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：本发明以碱溶液对芳纶纤维进行表面刻蚀，使得芳纶纤维表面产生部分缺陷，以增加反应活性，然后，使用环氧氯丙烷，对芳纶纤维进行表面有机化改性，在苯环上引入反应活性较大的环氧基团，从而增加芳纶纤维表面的反应活性，该方法涉及到的原料成本低廉，工艺简单易行，可操作性强，且改性效果显著，为提高芳纶纤维增强复合材料的界面作用提供了有效的解决方法。

具体实施方式

一种芳纶纤维表面有机化改性的方法，由以下步骤实现：

第一步：清洗芳纶纤维表面的油脂：取1~5 g未经处理的ARF纤维，置于100 ~ 300 mL丙酮中，超声15 ~ 45 min，然后以蒸馏水洗净，并置于1 ~ 5%的十二烷基磺酸钠水溶液中，再次超声15 ~ 45 min，最后以蒸馏水反复洗净，干燥备用；

第二步：将第一步中清洗过的ARF纤维放入1 ~ 10%的氢氧化钠溶液中，根据所用氢氧化钠溶液浓度由高到低，选择室温至回流温度之间的温度，搅拌1 ~ 2 h，之后以蒸馏水洗至滤液呈中性，烘干，制备得碱处理的ARF，记为SH-ARF；