[发明专利]芳纶纤维表面改性的方法及其产品的应用

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，尤其是一种芳纶表面改性的方法。

背景技术

芳纶纤维(AF)具有高拉伸强度、高拉伸模量、良好的耐疲劳性、耐化学腐蚀性和尺寸稳定性及高耐热、低膨胀、低导热、不燃、不溶等优异的性能成为橡胶复合材料的理想增强材料。但由于芳纶纤维苯环的位阻效应和分子链的高结晶度，使其表面十分光滑，化学惰性强，表面的酰胺基团很难与其它基团产生作用，导致无法与橡胶基体很好的粘结，严重影响了其优异力学性能的发挥。故必须在使用前对其进行表面活化处理，通过降低纤维表面取向度或增加一些活性基团，提高其与基体界面粘接强度，从而改善芳纶纤维与天然橡胶的界面相容性。

目前芳纶纤维表面改性方法主要分为三大类：化学改性法、物理改性法和其他改性方法。紫外辐照改性技术可以增加芳纶纤维表面粗糙度和表面活性，为二次接枝提供条件，但由于其是物理改性，改性后的纤维与天然橡胶间的机械螯合作用较弱。而硅烷偶联法是一种化学改性方法，能够有效改善芳纶纤维与天然橡胶界面相容性。通过紫外辐照改性和KH570二次接枝改性处理，能够有效改善芳纶纤维与天然橡胶基体的界面粘合性，提高芳纶纤维/橡胶复合材料的力学性能以及使用寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种芳纶表面改性的方法，它能显著提高芳纶纤维和天然橡胶的界面粘结强度，从而提高其复合材料的性能，并且适用于工业化生产，以克服现有技术的不足。

本发明是这样实现的：芳纶表面改性的方法，先将芳纶纤维进行干燥，将干燥后的芳纶纤维平铺为一层，再用紫外灯在距离芳纶10-30cm处进行辐照，在常温常压条件下，辐射时间为1-60分钟，然后将紫外辐照改性后的芳纶纤维剪成5-15mm长的短纤维，备用。所述的紫外光波长为264nm，紫外灯功率为500-1000W。

在室温下配置5-60wt％的KH570乙醇溶液，用保鲜膜将烧杯口封严，放入超声波清洗器中超声震荡5-20min，使其充分分散。再将紫外刻蚀改性后的芳纶纤维放入已经分散好的KH570乙醇溶液中。用保鲜膜将烧杯口封严，反应时间1-8小时、温度20-80℃。待反应完成后，取出纤维，放入烘箱中烘干。制备得到改性完成的芳纶纤维。

将芳纶纤维添加入炭黑/天然橡胶混炼胶中制备得到芳纶纤维/炭黑/天然橡胶复合材料。

与现有技术相比，本发明是以紫外光为辐照源在空气中对芳纶进行辐照改性，并且二次接枝硅烷偶联剂KH570。紫外改性对芳纶纤维表面进行了刻蚀，使芳纶纤维表面的粗糙度增加，从而增加纤维的表面积，使芳纶纤维和天然橡胶的机械咬合增强，增加两者间的界面粘合强度。辐照改性还能激发芳纶纤维表面官能团活性，这些活性官能团可以与硅烷偶联剂KH570反应，而KH570另一端含有双键，还可以参与天然橡胶硫化反应，从而增加界面粘合性。本发明具有安全、高效率、污染小、低能耗、设备简单适合工业化生产等优点，在芳纶纤维改性中有较好的发展前景。本发明的制备方法工艺简单、易操作，非常适宜工业化生产。

附图说明

图1为实施例1-3所得三种芳纶纤维的表面电镜图：

(a)未改性芳纶纤维；(b)UV辐照改性芳纶纤维；(c)二次接枝改性芳纶纤维。

具体实施方式

本发明的实施例1：芳纶纤维的表面改性方法，将芳纶纤维束放置在烧杯中用丙酮浸泡，放于超声波清洗器中清洗4h，除去其表面附着的杂质，再在80℃下烘干，然后将芳纶纤维剪成6mm长的短纤维，密封备用。

将3phr芳纶纤维添加入150phr炭黑/天然橡胶混炼胶中制备得到芳纶纤维/炭黑/天然橡胶复合材料。

本发明的实施例2：芳纶纤维的表面改性方法，将芳纶纤维束放置在烧杯中用丙酮浸泡，放于超声波清洗器中清洗4h，除去其表面附着的杂质，再在80℃下烘干。

将干燥后的芳纶纤维平铺为一层，采用紫外光波长为264nm，功率为1000W的紫外灯，在距离芳纶30cm处进行辐照，在常温常压条件下，辐射时间为8分钟，然后将芳纶纤维剪成6mm长的短纤维，密封备用。

将3phr紫外刻蚀后的芳纶纤维添加入150phr炭黑/天然橡胶混炼胶中制备得到芳纶纤维/炭黑/天然橡胶复合材料。

本发明的实施例3：芳纶纤维的表面改性方法，将芳纶纤维束放置在烧杯中用丙酮浸泡，放于超声波清洗器中清洗4h，除去其表面附着的杂质，再在80℃下烘干。