[发明专利]一种芳纶纤维表面改性方法

说明书

技术领域

本发明属于芳纶纤维改性领域，涉及一种芳纶纤维表面改性方法。

背景技术

芳纶纤维是指“由酰胺键连接的由芳香族组成的合成线性高分子，其酰胺键的85％以上与2个芳香族级直接结合着，亦包括酰胺键的50％以下被酰亚胺键置换者”。由于芳纶纤维分子链节中含有大量的苯环以及酰胺键，分子链节呈平面刚性伸直状，分子内不存在无定型区，使得纤维具有高取向性以及高结晶度，从而使芳纶纤维具有高强高模、密度小、比硬度大、比强度高、耐腐蚀、耐磨损、热稳定性好、韧性强和抗蠕变等诸多优点的纤维，被广泛用作树脂基复合材料的增强体。其复合材料在航空航天、军事工业、机电、建筑、汽车轮胎、体育用品等领域中得到了广泛的应用，日益成为人们生活中不可或缺的一部分。

芳纶纤维虽具有优良的机械性能、加工性能及耐候性,但由于芳纶纤维表面极性基团数量较少，表面化学活性较低，且芳纶纤维结晶度很高，表面光滑，致使其与基体树脂间的相互作用仅局限于较弱的次级原子力作用，如范德华力以及偶极引发的偶极作用，从而导致芳纶纤维与基体树脂之间难以形成良好的界面，使得复合材料的界面性能较差，难以发挥芳纶纤维的优异性能。因此，在芳纶纤维使用前应对其进行表面改性，改善芳纶纤维的惰性表面结构，从而提升复合材料的界面性能。

目前国内外芳纶纤维的表面改性主要集中在以表面接枝和表面刻蚀为代表的化学改性技术，及以超声浸渍改性和等离子体改性为代表的物理改性技术上。两类改性方法对于芳纶纤维界面性能的改善有目共睹，但各自的缺点亦十分明显：化学改性过程中的化学反应一般较快，难以有效控制，极易损伤纤维；超声浸渍改性技术定位于复合材料制备的浸胶过程之中，单独作用于芳纶纤维时对其界面性能的改善有限；等离子体改性对设备要求较高，且改性具有退化效应，较难在社会生产中大范围推广。

发明内容

本发明要解决芳纶纤维表面惰性，与树脂基体结合性差的技术问题，而提供一种芳纶纤维表面改性方法。

一种芳纶纤维表面改性方法，该方法具体是按照以下步骤进行的：

一、将芳纶纤维束放入抽提装置中，采用丙酮抽提16～48h，然后在温度为60～80℃的烘箱中干燥1～3h，得到去浆处理后的芳纶纤维；

二、在玻璃反应器中加入酰氯化试剂和步骤一处理的芳纶纤维，封闭反应器，然后放在⁶⁰Co辐照源下进行γ射线辐照处理；然后取出芳纶纤维，再放入抽提装置中，采用N,N-二甲基甲酰胺抽提2～4h；然后放入温度为150℃烘箱中干燥1～3h；

三、将步骤二处理的芳纶纤维浸入接枝试剂中，常温常压下反应0.1～3h；然后采用无水乙醇冲洗10～30min；再干燥1～3h，完成一种芳纶纤维表面改性方法。

本发明的有益效果是：

(1)本发明利用高能量穿透能力强的γ射线激发纤维表面官能团以及接枝剂酰氯化试剂的活性，在纤维表面同时引发接枝反应和表面氧化反应，有效地提高了芳纶纤维的表面活性，进一步进行接枝后将有效提高纤维表面官能团的含量，改善纤维表面惰性；

(2)接枝剂价格低廉，可有效降低改性成本；

(3)工艺简单、高效，适合大规模工业化生产。

本发明提供了一种芳纶纤维表面改性处理的方法。由于高能辐照技术具有诸多特点和优点，如环境条件要求低、穿透性强、工艺连续性好，适用于大批量纤维的处理，因此本发明采用γ射线高能辐照处理芳纶纤维，并采用酰氯化试剂作为接枝剂。在射线辐照作用下，酰氯化试剂中的一个氯原子可以与纤维表面苯环进行反应，从而在纤维表面产生酰氯活性基团，基于此进行接枝处理，可以实现芳纶纤维表面基团的增加，从而增加芳纶纤维的表面活性；此外，在射线的辐照作用下，酰氯化试剂可以对芳纶纤维的表面进行氧化刻蚀，提高纤维表面的粗糙度，进一步增加芳纶纤维的表面活性。

本发明用于芳纶纤维表面改性。

附图说明

图1为实施例一处理前后的芳纶纤维界面剪切强度测试图，其中1代表处理前，2代表处理后；图2为层间剪切强度测试图，其中1代表处理前，2代表处理后。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式一种芳纶纤维表面改性方法，具体是按照以下步骤进行的：

一、将芳纶纤维束放入抽提装置中，采用丙酮抽提16～48h，然后在温度为60～80℃的烘箱中干燥1～3h，得到去浆处理后的芳纶纤维；