表面改性的聚酰亞胺纖維的制備方法及其應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明通過將聚酰亞胺纖維置于等離子體氛圍中處理，得到等離子體處理的聚酰亞胺纖維，然后將等離子體處理的聚酰亞胺纖維與含有接枝劑的溶液混合，得到表面改性的聚酰亞胺纖維；本發(fā)明采先用等離子體處理聚酰亞胺纖維，然后再接枝，使得得到的聚酰亞胺纖維與樹脂的浸潤性增強了，且酰亞胺纖維的強度不會損傷，進而提高了纖維與樹脂的剪切強度。
【專利說明】表面改性的聚酰亞胺纖維的制備方法及其應用

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及聚合物材料的改性，尤其涉及一種表面改性的聚酰亞胺纖維的制備方法及其應用

【背景技術】
[0002]聚酰亞胺(PI)纖維是綜合性能非常優(yōu)異的有機纖維之一，它具有高強度，高模量，理論上，最高強度可達5.8?6.3GPa，模量可達280?340GPa ；如BPDA/3，4’ -ODA/PPD (70:30)聚酰亞胺纖維，具有高熱氧化穩(wěn)定性，在30(TC空氣老化30h，其強度保持率為90% ;還具有極高的氧指數(shù)，可達40?50% ;還具有較高的耐輻照性，80?100°C用紫外輻照，在24h后強度保持率為90%;還具有較低的吸水性，干纖維在20°C，80%相對濕度下，其吸濕率僅為0.65% ;此外，其介電性能優(yōu)異(介電常數(shù)3.4左右，損耗在0.007左右)、密度低(1.3g/cm3左右)。由于具有上述優(yōu)點，聚酰亞胺纖維作為先進復合材料的增強體用于航空航天和汽車等領域具有遠大的前景，然而，聚酰亞胺纖維在紡絲過程中經過拉伸取向等處理，致使表面光滑和化學惰性，與樹脂的浸潤性差，從而導致界面的粘結力和剪切強度低，嚴重影響復合材料的整體優(yōu)異性能。因此，探討纖維表面改性方法，提高界面結合強度，不論從理論上還是實際應用中都具有重要的意義。
[0003]目前對于聚酰亞胺纖維表面的處理方法有:液相氧化法，它能夠使纖維與化學試劑充分接觸，對其表面進行氧化刻蝕，增加極性官能團含量和表面自由能，但處理完后需要清洗，干燥等工藝，增加生產成本；氣相氧化法，它具有操作方便簡單，處理效率高等優(yōu)點，但氧化程度不易控制，容易導致纖維強度損失太大。此外，還有化學氣相沉積法，偶聯(lián)劑法，化學接枝法，纖維表面涂層法，表面高能輻射法，共聚改性法等，這些方法在一定程度上都能增加纖維表面的粗糙度，增加纖維表面的活性基團，提供纖維與樹脂的界面黏結性，但是均存在或處理時間較長，或成本相對較高，或對纖維強度損傷難以控制等缺點。


【發(fā)明內容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種表面改性的聚酰亞胺纖維的制備方法及其應用，本發(fā)明提供的制備方法處理效率高，且對纖維表面的損傷較小。
[0005]本發(fā)明提供了一種表面改性的聚酰亞胺纖維的制備方法，包括:
[0006]I)將聚酰亞胺纖維置于等離子體氛圍中處理，得到等離子體處理的聚酰亞胺纖維；
[0007]2)將等離子體處理的聚酰亞胺纖維與含有接枝劑的溶液混合，得到表面改性的聚酰亞胺纖維。
[0008]優(yōu)選的，所述等離子氛圍由氧氣、氬氣、氮氣、氫氣、氨氣、空氣、水蒸氣和二氧化碳的一種或幾種混合氣體提供。
[0009]優(yōu)選的，所述步驟I)的聚酰亞胺纖維為除去表面雜質的聚酰亞胺纖維。
[0010]優(yōu)選的，所述等離子體處理的功率為20W?300W。
[0011]優(yōu)選的，所述等離子體處理的時間為2?12min。
[0012]優(yōu)選的，所述含有接枝劑的溶液由接枝劑溶解于溶劑中制備得到。
[0013]優(yōu)選的，所述接枝劑為丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯醇、甲基丙烯酸酐、馬來酸酐、硅烷、石墨烯和碳納米管的一種或幾種。
[0014]優(yōu)選的，所述溶劑為苯、甲苯、水或二甲苯。
[0015]優(yōu)選的，所述接枝劑與所述含有接枝劑的溶液的質量比為(5?40):100。
[0016]本發(fā)明還提供了一種復合材料，由本發(fā)明提供的制備方法制備得到的表面改性的聚酰亞胺纖維與環(huán)氧樹脂共混，固化，得到復合材料。
[0017]本發(fā)明通過將聚酰亞胺纖維置于等離子體氛圍中處理，得到等離子體處理的聚酰亞胺纖維，然后將等離子體處理的聚酰亞胺纖維與含有接枝劑的溶液混合，得到表面改性的聚酰亞胺纖維；本發(fā)明采先用等離子體處理聚酰亞胺纖維，然后再接枝，使得得到的聚酰亞胺纖維與樹脂的浸潤性增強了，且酰亞胺纖維的強度不會損傷，進而提高了纖維與樹脂的剪切強度，實驗結果表明，本發(fā)明提供的表面改性的聚酰亞胺纖維的表面張力增長率為23.18%?63.12%，纖維與環(huán)氧樹脂之間的界面剪切強度增長率為23.29%?40.65%。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明實施例所用聚酰亞胺纖維的掃描電鏡圖；
[0019]圖2為本發(fā)明實施例所用聚酰亞胺纖維的原子力顯微鏡圖；
[0020]圖3為本發(fā)明實施例1所述表面改性的聚酰亞胺纖維的掃描電鏡圖；
[0021]圖4為本發(fā)明實施例1所述表面改性的聚酰亞胺纖維的原子力顯微鏡圖。

【具體實施方式】
[0022]本發(fā)明提供了一種表面改性的聚酰亞胺纖維的制備方法，包括:
[0023]I)將聚酰亞胺纖維置于等離子體氛圍中處理，得到等離子體處理的聚酰亞胺纖維；
[0024]2)將等離子體處理的聚酰亞胺纖維與含有接枝劑的溶液混合，得到表面改性的聚酰亞胺纖維。
[0025]按照本發(fā)明，將聚酰亞胺纖維置于等離子體氛圍中處理，得到等離子體處理的聚酰亞胺纖維；所述等離子體處理的功率優(yōu)選為20W?300W，更優(yōu)選為60W?250W ;所述等離子體處理的時間優(yōu)選為2?12min，更優(yōu)選為3?8min，本發(fā)明所述的等離子處理的功率和時間對改性聚酰亞胺纖維的性能有很大的影響，功率太高或太低，或者處理時間太長或太短均會使得纖維表面造成損傷，影響其作為增強材料的力學性能。
[0026]本發(fā)明所述等離子氛圍優(yōu)選由氧氣、氬氣、氮氣、氫氣、氨氣、空氣、水蒸氣和二氧化碳的一種或幾種混合氣體提供，更優(yōu)選由氧氣或氬氣提供。
[0027]本發(fā)明所述聚酰亞胺纖維優(yōu)選為除去表面雜質的聚酰亞胺纖維，本發(fā)明所述除去纖維表面雜質的方法優(yōu)選為:將表面未處理的聚酰亞胺纖維放入索氏提取器中，加熱回流有機溶劑，提取48小時后取出，然后再用去離子水在超聲條件下清洗3?5次，每次18?30分鐘，再放入真空烘箱，40?60°C下干燥10?24小時，得到除去表面雜質的聚酰亞胺纖維；所述有機溶劑優(yōu)選為丙酮、甲醇、乙醇、二氯甲烷或三氯甲烷；本發(fā)明對所述表面未處理的聚酰亞胺纖維的來源沒有特殊限制，可以按照
【發(fā)明者】溫友, 王震, 孟祥勝, 閻敬靈, 劉敬峰, 范衛(wèi)鋒 申請人:中國科學院長春應用化學研究所