[发明专利]用于芳族聚酰胺纤维改性的方法

说明书

本发明描述了处理芳族聚酰胺纤维以改性纤维表面的方法。与未经处理的纤维相比，经处理的纤维具有改善的对弹性体材料的附着力。改性方法包括照射纤维，在恒定的拉力下压缩并拉紧纤维，并且将纤维浸入偶联剂流体中。经处理的纤维可与弹性体一起使用并且在产品诸如轮胎中提供加强元件。

本申请要求于2015年8月18日提交的美国临时申请序列号62/206,611以及于2016年3月31日提交的美国临时申请序列号62/316,000的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及用于改性芳族聚酰胺纤维的表面以改善粗糙度和对弹性体材料(例如含橡胶组合物)的附着力的方法。本公开还涉及表面增强的芳族聚酰胺纤维在生产硫化产品(例如轮胎和带束)方面的用途。

背景技术

纤维通常用作加强元件以增加各种弹性体材料和相关产品(例如橡胶轮胎或带束)的强度和耐久性。芳族聚酰胺纤维，诸如Kevlar纤维，由于它们的高结晶度和光滑的外表面，可能表现出对弹性体的差的附着力。纤维的表面也可以为化学惰性的，还降低对其它材料的附着力。在弹性体和加强基体界面处缺乏足够的附着力常常导致材料性能差并且可能限制弹性体材料的潜在应用。

已经尝试对纤维进行表面改性和处理以改善对弹性体材料的附着力。例如，等离子体处理可通过增加纤维表面处的活化能或蚀刻纤维表面以增加其粗糙度来增加橡胶附着力。其它促进附着力的方法包括使用通常应用于芳族聚酰胺帘线的涂层或粘合剂以形成与包封纤维的材料更相容的外表面。粘合剂体系可包括多个步骤并且需要将新材料引入到橡胶产品或纤维中，这两者都会增加与制造产品相关的时间和成本。

本公开的目标为减轻或克服与现有技术有关的一个或多个困难。已经发现，涉及酸、微波装置、机械弯曲、偶联剂接触以及它们的组合的芳族聚酰胺纤维的处理可有利地改性芳族聚酰胺纤维的表面并且可增加纤维表面对弹性体材料的附着力。

发明内容

在第一方面，存在一种用于改性芳族聚酰胺纤维表面的方法。该方法包括(a)使芳族聚酰胺纤维与酸溶液接触持续预定量的时间以形成经预处理的芳族聚酰胺纤维；(b)从酸溶液中取出步骤(a)的芳族聚酰胺纤维并且将经预处理的芳族聚酰胺纤维浸入液体中；(c)照射液体中的经预处理的芳族聚酰胺纤维以改性芳族聚酰胺纤维的表面；并且(d)从液体中取出芳族聚酰胺纤维。

在方面1的一个示例中，芳族聚酰胺纤维为聚(对苯二甲酰对苯二胺)。

在方面1的另一个示例中，芳族聚酰胺纤维为聚(间苯二甲酰间苯二胺)。

在方面1的另一个示例中，酸选自盐酸、硝酸、硫酸、氢溴酸、磷酸、氢碘酸、高氯酸以及它们的组合。

在方面1的另一个示例中，将芳族聚酰胺纤维浸入酸溶液中例如持续至少20分钟的时间段。

在方面1的另一个示例中，步骤(b)的液体为水，例如去离子水(DI水)。

在方面1的另一个示例中，照射步骤(c)在容器中进行，例如以使纤维经受微波能量的微波装置。

在方面1的另一个示例中，步骤(c)包括照射经预处理的芳族聚酰胺纤维持续至少15秒的时间段。

在方面1的另一个示例中，步骤(c)包括在至少60瓦的功率电平下照射经预处理的芳族聚酰胺纤维。

在方面1的另一个示例中，存在具有对弹性体增强的附着力的芳族聚酰胺纤维，该芳族聚酰胺纤维通根据过权利要求1所述的方法来制备。

第一方面可单独提供或者与以上讨论的第一方面的任意一个或多个示例组合提供。

在第二方面中，使方面1的芳族聚酰胺纤维，例如步骤(d)的芳族聚酰胺纤维与偶联剂接触。