[发明专利]一种纳米氧化锌改性芳纶纤维的制备方法

说明书

本发明涉及一种表面改性的芳纶纤维。本发明中的纳米氧化锌改性的芳纶纤维制备过程包括：芳纶纤维表面功能化、在芳纶纤维表面接枝生长氧化锌纳米颗粒、在芳纶纤维表面接枝生长氧化锌纳米线。本发明具有如下优点：改性条件温和、工艺简单；纳米氧化锌与芳纶纤维的结合牢度明显提高；改性后纤维与树脂的粘结性能以及纤维的耐紫外辐照性能显著增强。与未改性的芳纶纤维相比，改性的芳纶纤维与环氧树脂的界面剪切强度可以提高37％～61％；改性的芳纶纤维经过紫外辐照测试后拉伸强度保持率从78.3％提高到96.3～97.6％。

技术领域

本发明涉及一种纳米氧化锌改性的芳纶纤维，特别涉及一种提高芳纶纤维与基体树脂粘结性以及耐紫外辐照性的改性方法。

背景技术

芳纶增强聚合物基复合材料具有质轻、高比强度和高比模量的特性被广泛用于航空、航天、军事、机械等各领域。但芳纶由于分子结构含有大量的惰性苯环、结晶度高，导致纤维表面活性很低，纤维与树脂基体的界面粘结强度较弱；此外，芳纶纤维分子结构含大量酰胺键，在紫外光照射下容易发生断裂导致纤维老化降解。所以，为了兼顾良好的表面粘结性能和耐紫外辐照性能的芳纶纤维一直受到人们的普遍关注。

近年来，已经有大量地研究对芳纶纤维进行表面改性，主要包括：(1)等离子体处理；(2)化学接枝；(3)高能射线辐射处理等。这些方法大多都是提高芳纶纤维的表面活性及其与树脂的界面粘结性能，但对其耐紫外辐照性能的研究却鲜有报道。此外，在对芳纶纤维进行表面改性的过程中，为了增加纤维的表面粗糙度和表面活性，通常都以损伤芳纶纤维的力学性能作为代价。

纳米氧化锌是一种优异抗紫外添加剂，此外纳米氧化锌不仅可以在纤维表面生长规整有序的氧化锌纳米颗粒、纳米线、纳米花状的形貌，而且纳米氧化锌的制备条件温和、工艺简单，在芳纶及其他纤维表面的改性应用非常广泛，也取得了显著的效果。中国发明专利CN 103590234 B和CN 103628305 B中，公开了在PBO纤维上生长氧化锌纳米线来改善PBO纤维的粘结性能及抗原子氧性能，但是，研究者只是简单地将纳米氧化锌通过物理沉积的方法生长到纤维表面，而纤维与氧化锌之间结合牢度较弱，氧化锌涂层容易脱落。中国发明专利CN 107724062 A公开了一种在棉纤维上生长氧化锌纳米棒的方法，虽然方法引入牛血清白蛋白来增加氧化锌纳米棒在纤维表面的附着能力，但改性后的棉纤维与氧化锌之间结合力依然较弱，仅能用于改善棉纤维的抗菌、抗紫外等性能。关于如何改善纳米氧化锌与芳纶纤维的结合牢度的问题，到目前为止还未曾看到相关研究。

综上所述，研发一种能够保留纤维优异力学性能的前提下，同时提升纤维表面粘结性能以及抗紫外辐照性能的芳纶具有重要的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米氧化锌与纤维化学结合牢固、抗紫外辐照性能高的纳米氧化锌改性芳纶纤维的制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种纳米氧化锌改性芳纶纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：芳纶纤维功能化处理：将水解处理后的芳纶纤维投入到氯化亚砜和N,N-二甲基甲酰胺的混合液中室温反应，得到表面携带酰氯的芳纶纤维；将表面携带酰氯的芳纶纤维投入到γ-氨基丙基三乙氧基硅烷和乙醇的混合液中反应，得到表面携带硅羟基的功能化改性芳纶纤维；

步骤2：芳纶纤维表面氧化锌晶种生长：将步骤1得到的表面携带硅羟基的功能化改性芳纶纤维浸没在氧化锌晶种液中，静置，取出，干燥；将干燥后的芳纶纤维再次浸没在氧化锌晶种液中，静置，取出，干燥，得到氧化锌纳米颗粒改性的芳纶纤维；

步骤3：芳纶纤维表面氧化锌纳米线生长：将步骤2得到的氧化锌纳米颗粒改性的芳纶纤维浸没在氧化锌生长液中反应，取出后洗涤，干燥，得到氧化锌纳米线改性的芳纶纤维，即纳米氧化锌改性芳纶纤维。

优选地，所述步骤1中的芳纶纤维为对位芳纶纤维、间位芳纶纤维以及杂环芳纶纤维中的一种。