一種高表面粘結(jié)性對(duì)位芳綸的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高表面粘結(jié)性對(duì)位芳綸的制備方法，包括：將對(duì)位芳綸纖維置于硅烷偶聯(lián)劑溶液中，超聲處理，洗滌、干燥，即得高表面粘結(jié)性對(duì)位芳綸。本發(fā)明得到的芳綸纖維內(nèi)部各微纖間及纖維表面均產(chǎn)生與氨基硅烷偶聯(lián)劑的接枝交聯(lián)反應(yīng)，不僅大大提高了纖維表面與環(huán)氧樹脂的粘結(jié)性能，也較大提高了纖維的模量，且改性后纖維的力學(xué)性能基本不降低。該方法制得的改性芳綸柔軟，單絲間無粘連，可直接利用現(xiàn)有的芳綸生產(chǎn)線上的半成品直接制備高表面粘結(jié)性能的芳綸，工藝過程簡(jiǎn)單，操作方便，便于工業(yè)化連續(xù)處理。
【專利說明】一種高表面粘結(jié)性對(duì)位芳綸的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于芳綸的表面改性方法領(lǐng)域，特別涉及一種高表面粘結(jié)性對(duì)位芳綸的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)位芳綸是一種具有高強(qiáng)度、高模量的鏈狀高分子材料，具有優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性、抗沖擊性、耐化學(xué)性和優(yōu)異的耐熱性能，因此被廣泛應(yīng)用于航空航天工業(yè)及汽車領(lǐng)域先進(jìn)復(fù)合材料的增強(qiáng)纖維。但是芳綸結(jié)晶度高、表面缺少極性基團(tuán)且表面光滑，使得其表面能較低，表面浸潤(rùn)性較差，不利于芳綸與基體樹脂的黏結(jié)，導(dǎo)致芳綸與基體之間形成界面缺陷，限制了復(fù)合材料性能的發(fā)揮。所以為了優(yōu)化復(fù)合材料的性能，以減少界面缺陷，平衡復(fù)合材料內(nèi)部的應(yīng)力，必須對(duì)芳綸進(jìn)行表面改性。
[0003]目前芳綸的表面改性方法主要有等離子處理、高能射線處理、化學(xué)刻蝕、表面接枝、表面涂覆等方法。大量研究表明，等離子處理法纖維表面穩(wěn)定性較差，高能射線處理所用的儀器成本較高，且連續(xù)化速度較慢而不適于工業(yè)化應(yīng)用；其余方法也各有其優(yōu)缺點(diǎn)。
[0004]申請(qǐng)?zhí)枮?01210240025.X的發(fā)明專利公開了一種提高芳綸纖維表面活性的方法。此方法先將芳綸纖維浸入到丙酮中煮沸I小時(shí)，再浸于無水乙醇中煮沸I小時(shí)，之后經(jīng)去離子水洗滌，干燥后，再浸于濃度為20?60%的過氧化氫溶液中處理30?90min，再用去離子水洗滌、干燥制得表面改性芳綸。這種處理方法對(duì)芳綸纖維的預(yù)處理時(shí)間太長(zhǎng)，太過繁瑣，工業(yè)化前景渺茫。
[0005]申請(qǐng)?zhí)枮?01210070232.5的發(fā)明專利公開了一種芳綸纖維的超聲波表面改性處理方法，是采用酰胺類溶劑作為超聲介質(zhì)，在超聲作用下達(dá)到酰胺類溶劑對(duì)芳綸纖維表面的刻蝕，達(dá)到改善纖維表面狀態(tài)、提高纖維與樹脂粘結(jié)強(qiáng)度的目的。這種改性方法雖然極易進(jìn)行工業(yè)化，但表面刻蝕僅可使纖維表面部分粗糙化，無法在纖維表面引入極性基團(tuán)，對(duì)纖維表面粘結(jié)性的提高程度較低，且表面刻蝕會(huì)損害芳綸纖維的力學(xué)性能。
[0006]申請(qǐng)?zhí)枮?01210290055.1的發(fā)明專利公開了一種芳綸的表面改性方法，將氟碳硅烷偶聯(lián)劑溶解在有機(jī)溶劑中或者采用氟碳活性劑將其乳化分散在水中配置成表面改性處理劑，置于上油機(jī)中，在恒壓泵的輸送下在線浸沒生產(chǎn)線上行進(jìn)的芳綸纖維，涂覆于芳綸纖維表面，然后在接觸空氣的條件下干燥，達(dá)到芳綸表面改性的目的。此法雖易于工業(yè)化應(yīng)用，但氟碳硅烷偶聯(lián)劑及氟碳活性劑本身生產(chǎn)成本較高，價(jià)格昂貴，且氟碳硅烷偶聯(lián)劑只涂覆于纖維表面，干燥過程中易造成纖維束中各單絲間產(chǎn)生粘連，不利于制備復(fù)合材料時(shí)纖維在樹脂中的分散，而使用不含偶聯(lián)劑的氟碳活性劑只起到上油劑以增加芳綸柔軟性的作用，在纖維表面引入的極性基團(tuán)有限，對(duì)芳綸表面粘結(jié)性的改善幅度較低。
[0007]申請(qǐng)?zhí)枮?01310101900.0的發(fā)明專利公開了一種芳綸纖維的表面改性方法、表面改性的芳綸纖維及靜密封材料，此改性方法是將主鏈含2或4個(gè)硫原子硅烷偶聯(lián)劑溶液或分散液，通過上油機(jī)涂覆于芳綸纖維表面，然后在接觸空氣的條件下進(jìn)行干燥。此方法硅烷偶聯(lián)劑只是存在于芳綸纖維表面，在與芳綸表面發(fā)生接枝反應(yīng)的同時(shí)偶聯(lián)劑之間也易于產(chǎn)生交聯(lián)，使得處理后的芳綸纖維束中各單絲間產(chǎn)生粘連，不利于制備復(fù)合材料時(shí)纖維在樹脂中的分散，且此法制得的改性芳綸主要用于與橡膠硫化復(fù)合制備靜密封材料，用途有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高表面粘結(jié)性對(duì)位芳綸的制備方法，本發(fā)明改性處理的對(duì)位芳綸，不僅具有較高的表面粘結(jié)性能，纖維模量也得到一定提高，且改性后纖維的力學(xué)性能基本不降低。
[0009]本發(fā)明的一種高表面粘結(jié)性對(duì)位芳綸的制備方法，包括:
[0010]將未經(jīng)干燥的對(duì)位芳綸纖維置于硅烷偶聯(lián)劑溶液中，超聲處理，使得硅烷偶聯(lián)劑擴(kuò)散
[0011]進(jìn)入芳綸內(nèi)部的微孔內(nèi)，洗滌除去浮于纖維表面的硅烷偶聯(lián)劑，干燥，即得高表面粘
[0012]結(jié)性對(duì)位芳綸；其中硅烷偶聯(lián)劑溶液和對(duì)位芳綸纖維的質(zhì)量比為10:1-40:1。
[0013]所述未經(jīng)干燥的對(duì)位芳綸纖維的含水率為20%_60%。
[0014]所述對(duì)位芳綸纖維的含水率為30%_50%。
[0015]所述硅烷偶聯(lián)劑為含有氣基的硅烷偶聯(lián)劑。
[0016]所述含有氨基的硅烷偶聯(lián)劑為Y-氨丙基三甲氧基硅烷、Y-氨丙基三乙氧基硅烷、Y-氣丙基甲基二乙氧基硅烷、Y _二乙稀二氣基丙基二乙氧基硅烷、Ν-( β _氣乙基)-Y -氨丙基三甲氧基硅烷、N- ( β -氨乙基)-Y-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的一種或幾種。
[0017]所述硅烷偶聯(lián)劑溶液的溶劑為無水乙醇、正丙醇、異丙醇中的一種或幾種。
[0018] 所述硅烷偶聯(lián)劑溶液的質(zhì)量百分濃度為2%_25%。
[0019]所述硅烷偶聯(lián)劑溶液的質(zhì)量百分濃度為5%_20%。
[0020]所述超聲處理的溫度為10_60°C，超聲頻率為30~50kHz，超聲處理時(shí)間為
0.5-10min,優(yōu)選 2-5min。
[0021]所述洗滌為采用浸洗或淋洗方式，洗滌溶劑為乙醇、正丙醇或異丙醇，洗滌時(shí)間為
0.05~0.5min ;干燥溫度為80_120°C，干燥時(shí)間為5-lOmin。
[0022]本發(fā)明目的是在芳綸內(nèi)引入硅烷偶聯(lián)劑，使纖維表面富含極性基團(tuán)且單絲間無粘連，纖維柔軟易分散。本發(fā)明主要針對(duì)未經(jīng)干燥的芳綸纖維進(jìn)行改性，使偶聯(lián)劑擴(kuò)散進(jìn)入纖維內(nèi)部的微孔內(nèi)，最終使纖維內(nèi)部各微纖間及纖維表面均產(chǎn)生與硅烷偶聯(lián)劑的接枝交聯(lián)反應(yīng)，不僅大大提高纖維表面與環(huán)氧樹脂間的粘結(jié)性能，還提高了芳綸纖維的模量，且改性后纖維的力學(xué)性能基本不降低。該方法工藝過程簡(jiǎn)單，操作方便，便于工業(yè)化連續(xù)處理。
[0023]有益.效果
[0024]( I)本發(fā)明方法改性處理的對(duì)位芳綸，不僅具有較高的表面粘結(jié)性能，纖維模量也得到提高，且改性后纖維的力學(xué)性能基本不降低；
[0025](2)本發(fā)明方法改性處理的對(duì)位芳綸，纖維束柔軟無粘連，易于在樹脂基體中達(dá)到單分散；
[0026](3)本發(fā)明直接采用生產(chǎn)線上未經(jīng)干燥的芳綸纖維進(jìn)行改性處理，省去了成品芳綸改性時(shí)纖維的清洗除油等預(yù)處理工藝，工藝過程簡(jiǎn)單，操作方便于工業(yè)化連續(xù)處理?！揪唧w實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0028]實(shí)施例1
[0029]無水乙醇為溶劑，按質(zhì)量濃度5%配置Y -氨丙基三乙氧基硅烷溶液作為改性溶液，將未經(jīng)干燥的含水率為35%的對(duì)位芳綸纖維置于改性溶液中進(jìn)行超聲處理，控制改性溶液與芳綸纖維的質(zhì)量比為30:1，超聲處理溶液為30°C，超聲頻率為35kHz，超聲處理3min,取出后用無水乙醇淋洗0.2min,然后在90°C下干燥lOmin。
[0030]實(shí)施例2
[0031]異丙醇為溶劑，按質(zhì)量濃度12%配置Y-氨丙基三甲氧基硅烷溶液作為改性溶液，將未經(jīng)干燥的含水率為40%的對(duì)位芳綸纖維置于改性溶液中進(jìn)行超聲處理，控制改性溶液與芳綸纖維的質(zhì)量比為35:1，超聲處理溶液溫度為50°C，超聲頻率為35kHz，超聲處理
2.5min,取出后用異丙醇淋洗0.3min,然后在110°C下干燥lOmin。
[0032]實(shí)施例3
[0033]無水乙醇為溶劑，按質(zhì)量濃度20%配置Y -氨丙基三乙氧基硅烷溶液作為改性溶液，將未經(jīng)干燥的含水率為50%的對(duì)位芳綸纖維置于改性溶液中進(jìn)行超聲處理，控制改性溶液與芳綸纖維的質(zhì)量比為25:1，超聲處理溶液溫度為30°C，超聲頻率為35kHz，超聲處理Imin,取出后用無水乙醇淋洗0.3min,然后在100°C下干燥8min。
[0034]實(shí)施例4
[0035]異丙醇為溶劑，按質(zhì)量濃度15%配置Y -二乙烯三氨基丙基三乙氧基硅烷溶液作為改性溶液，將未經(jīng)干燥的含水率為40%的對(duì)位芳綸纖維置于改性溶液中進(jìn)行超聲處理，控制改性溶液與芳綸纖維的質(zhì)量比為25:1，超聲處理溶液溫度為50°C，超聲頻率為35kHz，超聲處理2min，取出后用異丙醇淋洗0.3min，然后在110°C下干燥lOmin。
[0036]實(shí)施例5
[0037]無水乙醇為溶劑，按質(zhì)量濃度15%配置N- ( β -氨乙基)-Y -氨丙基甲基二甲氧基硅烷溶液作為改性溶液，將未經(jīng)干燥的含水率為40%的對(duì)位芳綸纖維置于改性溶液中進(jìn)行超聲處理，控制改性溶液與芳綸纖維的質(zhì)量比為20:1，超聲處理溶液溫度為40°C，超聲頻率為35kHz,超聲處理5min,取出后用無水乙醇淋洗0.3min,然后在100°C下干燥8min。
[0038]將各實(shí)施例改性對(duì)位芳綸與未經(jīng)處理對(duì)位芳綸的力學(xué)性能及與環(huán)氧樹脂的粘結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比，如下表所示:
[0039]表I
[0040]
【權(quán)利要求】
1.一種高表面粘結(jié)性對(duì)位芳綸的制備方法，包括: 將未經(jīng)干燥的對(duì)位芳綸纖維置于硅烷偶聯(lián)劑溶液中，超聲處理，洗滌、干燥，即得高表面粘結(jié)性對(duì)位芳綸；其中硅烷偶聯(lián)劑溶液和對(duì)位芳綸纖維的質(zhì)量比為10:1-40:1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高表面粘結(jié)性對(duì)位芳綸的制備方法，其特征在于:所述未經(jīng)干燥的對(duì)位芳綸纖維的含水率為20%-60%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高表面粘結(jié)性對(duì)位芳綸的制備方法，其特征在于:所述對(duì)位芳綸纖維的含水率為30%-50%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高表面粘結(jié)性對(duì)位芳綸的制備方法，其特征在于:所述娃燒偶聯(lián)劑為含有氣基的娃燒偶聯(lián)劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高表面粘結(jié)性對(duì)位芳綸的制備方法，其特征在于:所述含有氨基的娃燒偶聯(lián)劑為Y-氨丙基二甲氧基娃燒、Y-氨丙基二乙氧基娃燒、Y-氨丙基甲基二乙氧基娃燒、Y _ 二乙稀二氛基丙基二乙氧基娃燒、N- ( β _氛乙基)-Y _氛丙基二甲氧基硅烷、N- ( 氨乙基)-Y-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高表面粘結(jié)性對(duì)位芳綸的制備方法，其特征在于:所述硅烷偶聯(lián)劑溶液的溶劑為無水乙醇、正丙醇、異丙醇中的一種或幾種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高表面粘結(jié)性對(duì)位芳綸的制備方法，其特征在于:所述硅烷偶聯(lián)劑溶液的質(zhì)量百分濃度為2%-25%。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高表面粘結(jié)性對(duì)位芳綸的制備方法，其特征在于:所述硅烷偶聯(lián)劑溶液的質(zhì)量百分濃度為5%-20%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高表面粘結(jié)性對(duì)位芳綸的制備方法，其特征在于:所述超聲處理的溫度為10-60°C，超聲頻率為30?50kHz，超聲處理時(shí)間為0.5_10min。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高表面粘結(jié)性對(duì)位芳綸的制備方法，其特征在于:所述洗滌為采用浸洗或淋洗方式，洗滌溶劑為乙醇、正丙醇或異丙醇，洗滌時(shí)間為0.05?0.5min ;干燥溫度為80-120°C，干燥時(shí)間為5_10min。
【文檔編號(hào)】D06M10/02GK103866554SQ201410100889
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】于俊榮, 盧娜, 諸靜, 陳蕾, 王彥, 胡祖明 申請(qǐng)人:東華大學(xué)