[发明专利]聚对苯撑苯并二恶唑纤维的表面改性处理装置及使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚对苯撑苯并二恶唑纤维的表面改性，尤其是涉及一种连续性处理聚对苯撑苯并二恶唑纤维的表面改性处理装置。

背景技术

复合材料由于其轻质高强的性能使其在航空、航天以及国防等高新技术领域有着日渐增长的需求。复合材料是由基体材料和增强材料构成的多相体系。以聚合物为基体的作结构件的复合材料，大多以纤维状材料特别是连续长纤维作为增强材料。聚对苯撑苯并二恶唑(PBO)纤维作为一种新型的增强材料，除了拥有优异的力学性能，还具有良好的耐热性能以及较高的耐氧指数而备受关注，被誉为“21世纪的超级纤维”。然而，虽然拥有众多优良的性能，PBO纤维也存在着压缩性能差，耐光性不好，表面化学惰性大等缺点，其中因刚性分子链结构以及液晶纺丝过程中形成的高度取向的有序结构而导致的表面极大的化学惰性使得PBO纤维几乎与所有树脂基体都不能很好的浸润，这极大地限制了PBO纤维性能的发挥，制约了PBO纤维在高性能复合材料中的应用，因此如何改善PBO纤维与树脂基体间的界面性能已然成为PBO纤维复合材料的重点研究方向。

目前，用于PBO纤维表面改性的方法主要有化学氧化法、等离子体处理方法、辐射处理方法以及生物处理方法等。这些方法有的在提高PBO纤维表面性能的同时过分损失了纤维本身的力学性能(化学氧化法)，有的存在着严重的退化效应，即改性效果随着时间的增加而下降(等离子处理方法、辐射处理方法)，有的处理效果并不明显且处理速度慢、效率低(生物处理方法)，同时目前这些方法多数在试验阶段，并不能连续处理PBO纤维长丝，这就降低了生产效率，不能达到工业化生产的目的。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种聚对苯撑苯并二恶唑纤维的表面改性处理装置及使用方法，具有结构简单、又能方便地连续性处理的特点。

为实现本发明目的，本发明包括聚对苯撑苯并二恶唑纤维的表面改性处理装置，包括：张力提供装置、导纱装置、表面改性处理槽、干燥装置以及收卷装置，张力提供装置、导纱装置、干燥装置以及收卷装置依次相连，表面改性处理槽位于导纱装置的下方并配有升降装置，聚对苯撑苯并二恶唑纤维经张力提供装置进行张紧处理，然后进入导纱装置，再进入表面改性处理槽进行表面改性处理，再经由干燥装置进行干燥处理，最后经收卷装置将处理后的聚对苯撑苯并二恶唑纤维收成卷。

优选的，所述张力提供装置，为橡胶皮圈张力提供装置，包括：两个纱辊、橡胶皮圈，橡胶皮圈置于两纱辊上，通过橡胶皮圈对纱辊的摩擦力实现张紧。

优选的，所述张力提供装置，为重物张力提供装置，包括：纱辊、重物、固定杆、橡胶皮带，重物通过橡胶皮带经过纱辊与固定杆相连，实现张紧处理。

优选的，所述导纱装置，包括辊轮、定位孔。

优选的，所述表面改性处理槽，包括超声振荡槽或普通浸胶槽。

优选的，所述表面改性处理槽，配有升降装置，包括气动方式或液压方式。

优选的，所述干燥装置，采用可控温的电阻加热箱。

优选的，所述电阻加热箱，其控温范围为室温～300℃。

优选的，所述表面改性槽，其中装有改性液，包括偶联剂和/或纳米粒子溶胶。

为实现本发明目的，本发明还包括聚对苯撑苯并二恶唑纤维的表面改性处理装置的使用方法，包括如下步骤，

首先，将聚对苯撑苯并二恶唑纤维原始纤维置于张力提供装置的纱辊上，由橡胶皮圈和/或重物提供所需张力；

其次，经过导纱装置到达表面改性处理槽，其中所述的导纱装置包含可拆卸的辊轮及定位孔，用以自由组合进入表面改性处理槽的纤维数量与次数，表面改性处理槽通常包括超声振荡槽或普通处理槽，利用升降装置可确定表面改性处理槽合理位置，之后进入干燥装置，所述的干燥装置为电阻加热箱；

最后，由收卷装置将PBO纤维收成卷。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明能够连续地在线实时对PBO纤维进行表面处理，在提高纤维表面性能的同时，不损伤PBO纤维原有的力学性能，且处理效果良好。原始纤维复丝的拉伸强度为5.51GPa,拉伸模量为220.2GPa，经改性后纤维拉伸强度为5.47GPa，拉伸模量为221.7GPa，机械性能无明显变化；同时纤维表面涂覆情况均匀。

2、本发明对PBO纤维处理后，对环氧树脂的接触角由38.88°降到30.94°，对环氧树脂的界面剪切强度由7.9MPa增加到12.3MPa,提高了55.6％，纤维对树脂的浸润性得到提高，具有明显的改性效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。