[发明专利]一种增加芳纶纤维表面粗糙度的方法

说明书

本发明公开了一种制备表面粗糙化芳纶纤维的方法。该方法不需要使用传统的强酸、强碱、高能射线刻蚀芳纶纤维，而是直接利用紫外光对芳纶纤维辐照，借助聚丙烯酸的桥接作用，将改性的二氧化硅接枝在芳纶纤维表面，从而得到了表面粗糙化的芳纶纤维。本发明对芳纶纤维基体的破坏性小、重复性好，是一种新型的改性方法。

本发明涉及材料技术领域，尤其是一种增加芳纶纤维表面粗糙度的方法。

背景技术

二氧化硅(SiO₂)粒子已被广泛用作活化填料，将SiO₂粒子加入到橡胶基体中能获得机械性能优异的橡胶复合材料，并能提高橡胶复合材料的耐磨性和抓地力、降低滚动阻力。然而，由于SiO₂颗粒具有较大的表面积和较高的表面能，导致高亲水性的SiO₂与高疏水的橡胶基体的相容性差，且极易出现团聚现象。

芳纶纤维(AF)由于具有高强度，高模量，耐疲劳等优良的性能，广泛应用于橡胶复合材料中，但AF呈明显的皮芯结构，表面极其光滑，导致AF与聚合物基体界面结合较差，这种现象限制了芳纶纤维在橡胶中的应用。

发明内容

本发明的目的是：提供一种制备表面粗糙化芳纶纤维的方法，不但能克服SiO₂的团聚，而且能调控芳纶纤维表面粗糙度。

本发明是这样实现的：增加芳纶纤维表面粗糙度的方法

1)(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷改性二氧化硅：将(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷及SiO₂粉体依次加入到乙醇溶液中；在超声、60℃条件下水浴反应6h，过滤、干燥得到SiO₂-APES；其中，(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷与SiO₂粉体的质量比为1～2：1；

2)紫外辐照改性芳纶纤维：使用丙酮溶液超声波清洗芳纶纤维后进行干燥；将干燥后芳纶纤维平铺，在紫外灯下方10～15cm处，照射6～12min，最后剪成短纤维；

3)聚丙烯酸包覆芳纶纤维：将聚丙烯酸、紫外辐照过的芳纶纤维、二环己基碳二亚胺4-二甲氨基吡啶依次加入到四氢呋喃溶液中，在氮气保护下60-80℃，反应12～24h，过滤、洗涤、干燥得到AF-PAA；其中，上述物料的质量比为：紫外辐照过的芳纶纤维：聚丙烯酸：二环己基碳二亚胺：4-二甲氨基吡啶为4:1～10:1～10:1。

4)将AF-PAA、SiO₂-APES、二环己基碳二亚胺及4-二甲氨基吡啶依次加入到四氢呋喃溶液中，在氮气保护下60℃，搅拌12～24h，经过滤、洗涤及干燥得到表面负载二氧化硅的芳纶纤维；其中AF-PAA与SiO₂-APES的质量比为1:1～3。

2、根据权利要求1所述的一种增加芳纶纤维表面粗糙度的方法，其特征在于：所述的紫外灯的功率为600～1000W，波长为300～400nm。

本发明通过二次改性的方法实现二氧化硅负载在芳纶纤维表面，达到精确调控芳纶纤维表面粗糙度的目的。

本发明与现有技术相比具有如下优势：

1)不需要使用强酸、强碱、高能射线，而是通过二次改性，调控聚丙烯酸、二氧化硅颗粒尺寸，达到精确控制芳纶纤维表面粗糙度的目的，且实现二氧化硅均匀分布。

2)采用二次改性制备的表面粗糙度化芳纶纤维，能显著提高芳纶纤维与天然橡胶基体的界面关系。

附图说明

图1为改性前后芳纶纤维的扫描电镜图：图1中，(a)、(b)为未改性的芳纶纤维。(c)、(d)为负载过二氧化硅的芳纶纤维；

图2为芳纶纤维和二氧化硅改性过程中的傅里叶红外谱图；