專利名稱：一種pbo纖維常壓低溫等離子表面改性方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種纖維表面改性方法，特別是涉及一種PBO纖維常壓低溫等離子表面改性方法，屬于高分子纖維表面改性技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
聚對苯撐苯并二惡唑(PBO)是芳雜環(huán)剛性棒狀高分子，是當前強度最高、模量最大、耐高溫最好的有機纖維，被譽為新一代的“超級纖維”。作為新一代先進復合材料的增強體，PBO纖維在航天、航空、軍工和工業(yè)民用等領(lǐng)域有很高的應用價值。但是，由于PBO分子主鏈上沒有極性基團，形成的纖維表面光滑、極性小且活性低，與環(huán)氧等樹脂基材復合時界面結(jié)合性能差，導致層間剪切強度低，力的傳遞性能較差，從而影響復合材料綜合性能的發(fā)揮，制約了 PBO纖維在先進復合材料領(lǐng)域的進一步推廣應用。因此，對PBO纖維表面進行改性，以提高PBO纖維與其他材料的粘接能力，是PBO纖維應用中一個急需解決的問題。目前對PBO纖維表面進行改性的方法較多，主要包括化學法、偶聯(lián)劑處理法、表面高能輻射法、超聲化學改性法以及共聚改性法等。這些方法都在不同程度上改善了 PBO纖維的表面性能，但是存在著纖維表處程度難以控制，表面改性不均勻，改性時間長，而且大都以損失PBO纖維的力學性能或耐熱性能為代價等問題。國內(nèi)也有過對PBO纖維進行等離子表面改性的報道，但是這些設(shè)備大都是在低壓或真空狀態(tài)下靜止處理，一方面為滿足設(shè)備的工作條件所需昂貴，另一方面也不能實現(xiàn)在線工業(yè)化處理。因此，開發(fā)一種既不損失纖維強度，又能在線工業(yè)化處理的有效的表面處理方法具有十分重要的意義。常壓低溫等離子表面處理是一種表面改性新技術(shù)，它是通過在纖維表面產(chǎn)生刻蝕、交聯(lián)或引入官能團等而改善纖維表面的粘接性能，從而得到較好的表處效果，同時，它較易實現(xiàn)在線連續(xù)化過程，對今后的工藝放大有著巨大的指導意義。將常壓低溫等離子表面處理技術(shù)引入到PBO纖維的表面改性中來，可以有助于解決目前PBO纖維表面改性中存在的不足。國家知識產(chǎn)權(quán)局于2009.8.26公開了一件申請?zhí)枮?00910010855.1，名稱為“連
續(xù)PBO纖維增強雙馬來酰亞胺樹脂基復合材料的界面改性方法”的發(fā)明專利，該專利公開了一種連續(xù)PBO纖維增強熱固性BMI樹脂的界面改性方法，屬于先進復合材料科學技術(shù)領(lǐng)域，為解決目前纖維增強樹脂基復合材料結(jié)構(gòu)表面光滑，活性基團少和樹脂基體的粘結(jié)性差等技術(shù)問題而設(shè)計的，其解決方案:ΡΒ0纖維在等離子體處理裝置中，采用低溫等離子體技術(shù)對纖維進行表面改性，然后與雙馬來酰亞胺樹脂溶液浸潰制備纖維增強BMI復合材料預浸料，最后采用高溫模壓成型工藝制成連續(xù)纖維增強復合材料。改性后的纖維與樹脂基體的粘結(jié)性得到很大改善，界面性能大大提高，復合材料層間剪切強度進一步增強，力學性能優(yōu)異。制品可滿足現(xiàn)代工業(yè)對復合材料越來越苛刻的要求，尤其是能適應現(xiàn)代航空工業(yè)對復合材料耐高溫性能和力學性能雙優(yōu)異的嚴苛要求。由于BMI樹脂有優(yōu)良的電磁性能，材料可替代環(huán)氧樹脂作為新型電磁功能材料使用。上述方案對PBO纖維的表面性能有一定的改善，但是依然存在處理時間過長，不能很好的應用在工業(yè)化生產(chǎn)上的問題，且不能連續(xù)在線處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決上述背景技術(shù)中現(xiàn)有技術(shù)的處理時間長，改性效果不佳，不能連續(xù)在線處理的問題，提供一種PBO纖維常壓低溫等離子表面改性方法，利用該技術(shù)在纖維表面產(chǎn)生刻蝕、交聯(lián)或引入官能團等而改善纖維表面的粘接性能，從而得到較好的表面處理效果；同時，它較易實現(xiàn)在線連續(xù)化過程，對今后的工藝放大起到很大作用。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，其具體的技術(shù)方案如下:
一種PBO纖維常壓低溫等離子表面改性方法，將PBO纖維連續(xù)通過常壓低溫等離子處理裝置，在放電氣體中進行常壓低溫等離子處理，得到經(jīng)過表面改性的PBO纖維，其特征在于:所述的PBO纖維經(jīng)過常壓低溫等離子處理的工藝參數(shù)為:輸入功率為20-1000W ;放電電壓為5-30KV ;放電頻率為5-50KHZ ;改性處理時間為5_30s。上述輸入功率即本領(lǐng)域中的高頻高壓電源的功率；改性處理的時間即PBO纖維在常壓低溫等離子裝置中停留的時間。上述關(guān)于常壓低溫等離子處理，為本領(lǐng)域公職常識，低溫等離子體是物理學中一個專業(yè)名詞，指的是在實驗室和等離子工業(yè)加工設(shè)備中產(chǎn)生的等離子體，一般通過氣體放電或高溫燃燒而產(chǎn)生，溫度在幾個ev到幾十個ev范圍，電離度很低，并且成分復雜；常壓即是一個大氣壓下，對比以前的低壓等離子技術(shù)，不需要提供額外的真空裝置，設(shè)備簡單。本發(fā)明中的放電氣體為常規(guī)的放電氣體:氮氣、IS氣、氨氣或者為IS氣和氨氣的混合氣體等；優(yōu)選的，本發(fā)明的放電氣體為IS氣和氨氣同時加入。更進一步優(yōu)選的，上述IS氣的氣體流速為l-10L/min ;氨氣的氣體流速為1-1Oml/min。優(yōu)選的，本發(fā)明所述的改性處理時間為10-15S。優(yōu)選的，本發(fā)明所述的將PBO纖維連續(xù)通過常壓低溫等離子處理裝置，是指通過傳動輥將PBO纖維傳送入常壓低溫等離子處理裝置，經(jīng)過處理后的PBO纖維再通過另一個傳動輥傳送至卷繞機進行卷繞。本發(fā)明帶來的有益技術(shù)效果:
1、本發(fā)明所用低溫常壓等離子設(shè)備投資費用低，操作簡單，工藝流程短，采用本發(fā)明的工藝參數(shù)控制，改性過程穩(wěn)定，極大地改善了纖維的表面性能，同時纖維強度基本無損失，質(zhì)量可靠，同時還節(jié)約能源，縮短了纖維的改性時間，減少了環(huán)境污染，可在線連續(xù)化處理，適宜于工業(yè)化生產(chǎn)；本發(fā)明中對于電壓、頻率和功率的工藝參數(shù)限定能夠在不損傷纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)，避免纖維強度下降的同時，縮短處理時間，使得處理效率大大提高，且處理的效果也不會下降。2、本發(fā)明對放電氣體的選擇以及放電氣體的氣體流速進行了優(yōu)化和改進，其氣體的選擇和流速的控制可以使等離子體的數(shù)量達到一個平衡，既不會產(chǎn)生多余的等離子體，也不會使需要的等離子體被放電氣體帶走，使處理效果達到最佳；更進一步的，控制氨氣和氬氣的不同氣體流速，使得改性處理效果更進一步的提升。3、本發(fā)明改性處理時間更優(yōu)選的為10-15S，在很短的時間內(nèi)完成處理的同時，還能夠達到現(xiàn)有技術(shù)長時間處理的效果，提高了效率，節(jié)約了成本。
4、PB0纖維通過前后傳動輥進行牽引，纖維處于連續(xù)運轉(zhuǎn)中，運轉(zhuǎn)過程中要經(jīng)過低溫常壓等離子裝置進行表面處理，纖維通過的管道中充滿了用于放電的氣體，氣體是由一整套氣路系統(tǒng)提供的，纖維在經(jīng)過通道的過程中，由于高壓電場對內(nèi)置氣體的放電，纖維表面產(chǎn)生一系列的物理和化學變化，從而得到表面性能的改善，纖維在裝置中以一定張力運行一定時間后經(jīng)傳動系統(tǒng)進行收卷，通過前后傳動輥牽引，能夠有效的穩(wěn)定張力，且能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)在線處理，提高了效率。
具體實施例方式實施例1
一種PBO纖維常壓低溫等離子表面改性方法，將PBO纖維連續(xù)通過常壓低溫等離子處理裝置，在放電氣體中進行常壓低溫等離子處理，得到經(jīng)過表面改性的PBO纖維，所述的PBO纖維經(jīng)過常壓低溫等離子處理的工藝參數(shù)為:輸入功率為20W ;放電電壓為5KV ;放電頻率為5KHz ;改性處理時間為5s。實施例2
一種PBO纖維常壓低溫等離子表面改性方法，將PBO纖維連續(xù)通過常壓低溫等離子處理裝置，在放電氣體中進行常壓低溫等離子處理，得到經(jīng)過表面改性的PBO纖維，所述的PBO纖維經(jīng)過常壓低溫等離子處理的工藝參數(shù)為:輸入功率為1000W ;放電電壓為30KV ;放電頻率為50KHz ;改性處理時間為30s。實施例3
一種PBO纖維常壓低溫等離子表面改性方法，將PBO纖維連續(xù)通過常壓低溫等離子處理裝置，在放電氣體中進行常壓低溫等離子處理，得到經(jīng)過表面改性的PBO纖維，所述的PBO纖維經(jīng)過常壓低溫等離子處理的工藝參數(shù)為:輸入功率為510W ;放電電壓為17.5KV ；放電頻率為27.5KHz ;改性處理時間為17.5s。實施例4
一種PBO纖維常壓低溫等離子表面改性方法，將PBO纖維連續(xù)通過常壓低溫等離子處理裝置，在放電氣體中進行常壓低溫等離子處理，得到經(jīng)過表面改性的PBO纖維，所述的PBO纖維經(jīng)過常壓低溫等離子處理的工藝參數(shù)為:輸入功率為800W ;放電電壓為12KV ’放電頻率為33KHz ;改性處理時間為21s。實施例5
在實施例1-4的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的:
常規(guī)的放電氣體為:氮氣、IS氣、氨氣或者為IS氣和氨氣的混合氣體等，本發(fā)明優(yōu)選的，所述的放電氣體為IS氣和氨氣同時加入。更進一步，優(yōu)選的，所述的氬氣的氣體流速為lL/min ;所述的氨氣的氣體流速為lml/min。實施例6
在實施例1-4的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的:
常規(guī)的放電氣體為:氮氣、IS氣 、氨氣或者為IS氣和氨氣的混合氣體等，本發(fā)明優(yōu)選的，所述的放電氣體為IS氣和氨氣同時加入。更進一步，優(yōu)選的，所述的氬氣的氣體流速為10L/min ;所述的氨氣的氣體流速為10ml/mino實施例7
在實施例1-4的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的:
常規(guī)的放電氣體為:氮氣、IS氣、氨氣或者為IS氣和氨氣的混合氣體等，本發(fā)明優(yōu)選的，所述的放電氣體為IS氣和氨氣同時加入。更進一步，優(yōu)選的，所述的氬氣的氣體流速為5.5L/min ;所述的氨氣的氣體流速為 5.5ml/min。實施例8
在實施例1-4的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的:
常規(guī)的放電氣體為:氮氣、IS氣、氨氣或者為IS氣和氨氣的混合氣體等，本發(fā)明優(yōu)選的，所述的放電氣體為IS氣和氨氣同時加入。更進一步，優(yōu)選的，所述的氬氣的氣體流速為3L/min ;所述的氨氣的氣體流速為8ml/min。實施例9
一種PBO纖維常壓低溫等離子表面改性方法，將PBO纖維連續(xù)通過常壓低溫等離子處理裝置，在放電氣體中進行常壓低溫等離子處理，得到經(jīng)過表面改性的PBO纖維，所述的PBO纖維經(jīng)過常壓低溫等離子處理的工藝參數(shù)為:輸入功率為20-1000W ;放電電壓為5-30KV ;放電頻率為5-50KHz ;改性處理時間為5_30s。優(yōu)選的，所述的改性處理時間為10s。實施例10
一種PBO纖維常壓低溫等離子表面改性方法，將PBO纖維連續(xù)通過常壓低溫等離子處理裝置，在放電氣體中進行常壓低溫等離子處理，得到經(jīng)過表面改性的PBO纖維，所述的PBO纖維經(jīng)過常壓低溫等離子處理的工藝參數(shù)為:輸入功率為20-1000W ;放電電壓為5-30KV ;放電頻率為5-50KHz ;改性處理時間為5_30s。優(yōu)選的，所述的改性處理時間為15s。實施例11
一種PBO纖維常壓低溫等離子表面改性方法，將PBO纖維連續(xù)通過常壓低溫等離子處理裝置，在放電氣體中進行常壓低溫等離子處理，得到經(jīng)過表面改性的PBO纖維，所述的PBO纖維經(jīng)過常壓低溫等離子處理的工藝參數(shù)為:輸入功率為20-1000W ;放電電壓為5-30KV ;放電頻率為5-50KHz ;改性處理時間為5_30s。優(yōu)選的，所述的改性處理時間為12.5s。實施例12
一種PBO纖維常壓低溫等離子表面改性方法，將PBO纖維連續(xù)通過常壓低溫等離子處理裝置，在放電氣體中進行常壓低溫等離子處理，得到經(jīng)過表面改性的PBO纖維，所述的PBO纖維經(jīng)過常壓低溫等離子處理的工藝參數(shù)為:輸入功率為20-1000W ;放電電壓為5-30KV ;放電頻率為5-50KHz ;改性處理時間為5_30s。優(yōu)選的，所述的改性處理時間為14s。實施例13
一種PBO纖維常壓低溫等離子表面改性方法，將PBO纖維連續(xù)通過常壓低溫等離子處理裝置，在放電氣體中進行常壓低溫等離子處理，得到經(jīng)過表面改性的PBO纖維，所述的PBO纖維經(jīng)過常壓低溫等離子處理的工藝參數(shù)為:輸入功率為20-1000W ;放電電壓為5-30KV ;放電頻率為5-50KHz ;改性處理時間為5_30s。優(yōu)選的，所述的將PBO纖維連續(xù)通過常壓低溫等離子處理裝置，是指通過傳動輥將PBO纖維傳送入常壓低溫等離子處理裝置，經(jīng)過處理后的PBO纖維再通過另一個傳動輥傳送至卷繞機進行卷繞。實施例14
熱處理后的PBO纖維經(jīng)前后傳動輥進行牽引，使纖維處于連續(xù)運轉(zhuǎn)中，運轉(zhuǎn)過程中要經(jīng)過低溫常壓等離子裝置進行表面處理。等離子裝置參數(shù)如下:輸入功率350W ;放電電壓12KV ;放電頻率14KHZ。表面處理通道中所用于放電的氣體為氬氣，氣體流速為4L/min。通道長lm,纖維運轉(zhuǎn)速度為6m/min,對纖維施加張力為300cN。通道外夾套通有娃油用于冷卻。纖維表面處理后經(jīng)卷繞機進行收卷。下表為PBO纖維經(jīng)表處后纖維的性能以及其復合性能對比。表I纖 維性能表
權(quán)利要求
1.一種PBO纖維常壓低溫等離子表面改性方法，將PBO纖維連續(xù)通過常壓低溫等離子處理裝置，在放電氣體中進行常壓低溫等離子處理，得到經(jīng)過表面改性的PBO纖維，其特征在于:所述的PBO纖維經(jīng)過常壓低溫等離子處理的工藝參數(shù)為:輸入功率為20-1000W ’放電電壓為5-30KV ;放電頻率為5-50KHZ ;改性處理時間為5_30s。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種PBO纖維常壓低溫等離子表面改性方法，其特征在于:所述的放電氣體為IS氣和氨氣同時加入。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種PBO纖維常壓低溫等離子表面改性方法，其特征在于:所述的IS氣的氣體流速為l-10L/min ;所述的氨氣的氣體流速為l-10ml/min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種PBO纖維常壓低溫等離子表面改性方法，其特征在于:所述的改性處理時間為10-15s。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種PBO纖維常壓低溫等離子表面改性方法，其特征在于:所述的將PBO纖維連續(xù)通過常壓低溫等離子處理裝置，是指通過傳動輥將PBO纖維傳送入常壓低 等離子處理裝置，經(jīng)過處理后的PBO纖維再通過另一個傳動輥傳送至卷繞機進行卷繞。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種PBO纖維常壓低溫等離子表面改性方法，屬于高分子纖維表面改性技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明工藝參數(shù)為輸入功率為20-1000W；放電電壓為5-30KV；放電頻率為5-50KHz；改性處理時間為5-30s。本發(fā)明所用低溫常壓等離子設(shè)備投資費用低，操作簡單，工藝流程短，采用本發(fā)明的工藝參數(shù)控制，改性過程穩(wěn)定，極大地改善了纖維的表面性能，同時纖維強度基本無損失，質(zhì)量可靠，同時還節(jié)約能源，縮短了纖維的改性時間，減少了環(huán)境污染，可在線連續(xù)化處理，適宜于工業(yè)化生產(chǎn)；本發(fā)明中對于電壓、頻率和功率的工藝參數(shù)限定能夠在不損傷纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)，避免纖維強度下降的同時，縮短處理時間，使得處理效率大大提高，且處理的效果也不會下降。
文檔編號D06M10/00GK103088624SQ20121049351
公開日2013年5月8日 申請日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者許偉, 宋紅兵, 嚴家策, 范新年, 趙亮, 郭玲 申請人:中藍晨光化工研究設(shè)計院有限公司