本發(fā)明涉及高分子材料領(lǐng)域，尤其是一種芳綸表面改性的方法。
背景技術(shù)：
芳綸纖維(af)具有高拉伸強(qiáng)度、高拉伸模量、良好的耐疲勞性、耐化學(xué)腐蝕性和尺寸穩(wěn)定性及高耐熱、低膨脹、低導(dǎo)熱、不燃、不溶等優(yōu)異的性能成為橡膠復(fù)合材料的理想增強(qiáng)材料。但由于芳綸纖維苯環(huán)的位阻效應(yīng)和分子鏈的高結(jié)晶度，使其表面十分光滑，化學(xué)惰性強(qiáng)，表面的酰胺基團(tuán)很難與其它基團(tuán)產(chǎn)生作用，導(dǎo)致無法與橡膠基體很好的粘結(jié)，嚴(yán)重影響了其優(yōu)異力學(xué)性能的發(fā)揮。故必須在使用前對(duì)其進(jìn)行表面活化處理，通過降低纖維表面取向度或增加一些活性基團(tuán)，提高其與基體界面粘接強(qiáng)度，從而改善芳綸纖維與天然橡膠的界面相容性。
目前芳綸纖維表面改性方法主要分為三大類：化學(xué)改性法、物理改性法和其他改性方法。紫外輻照改性技術(shù)可以增加芳綸纖維表面粗糙度和表面活性，為二次接枝提供條件，但由于其是物理改性，改性后的纖維與天然橡膠間的機(jī)械螯合作用較弱。而硅烷偶聯(lián)法是一種化學(xué)改性方法，能夠有效改善芳綸纖維與天然橡膠界面相容性。通過紫外輻照改性和kh570二次接枝改性處理，能夠有效改善芳綸纖維與天然橡膠基體的界面粘合性，提高芳綸纖維/橡膠復(fù)合材料的力學(xué)性能以及使用壽命。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種芳綸表面改性的方法，它能顯著提高芳綸纖維和天然橡膠的界面粘結(jié)強(qiáng)度，從而提高其復(fù)合材料的性能，并且適用于工業(yè)化生產(chǎn)，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：芳綸表面改性的方法，先將芳綸纖維進(jìn)行干燥，將干燥后的芳綸纖維平鋪為一層，再用紫外燈在距離芳綸10-30cm處進(jìn)行輻照，在常溫常壓條件下，輻射時(shí)間為1-60分鐘，然后將紫外輻照改性后的芳綸纖維剪成5-15mm長(zhǎng)的短纖維，備用。所述的紫外光波長(zhǎng)為264nm，紫外燈功率為500-1000w。
在室溫下配置5-60wt％的kh570乙醇溶液，用保鮮膜將燒杯口封嚴(yán)，放入超聲波清洗器中超聲震蕩5-20min，使其充分分散。再將紫外刻蝕改性后的芳綸纖維放入已經(jīng)分散好的kh570乙醇溶液中。用保鮮膜將燒杯口封嚴(yán)，反應(yīng)時(shí)間1-8小時(shí)、溫度20-80℃。待反應(yīng)完成后，取出纖維，放入烘箱中烘干。制備得到改性完成的芳綸纖維。
將芳綸纖維添加入炭黑/天然橡膠混煉膠中制備得到芳綸纖維/炭黑/天然橡膠復(fù)合材料。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明是以紫外光為輻照源在空氣中對(duì)芳綸進(jìn)行輻照改性，并且二次接枝硅烷偶聯(lián)劑kh570。紫外改性對(duì)芳綸纖維表面進(jìn)行了刻蝕，使芳綸纖維表面的粗糙度增加，從而增加纖維的表面積，使芳綸纖維和天然橡膠的機(jī)械咬合增強(qiáng)，增加兩者間的界面粘合強(qiáng)度。輻照改性還能激發(fā)芳綸纖維表面官能團(tuán)活性，這些活性官能團(tuán)可以與硅烷偶聯(lián)劑kh570反應(yīng)，而kh570另一端含有雙鍵，還可以參與天然橡膠硫化反應(yīng)，從而增加界面粘合性。本發(fā)明具有安全、高效率、污染小、低能耗、設(shè)備簡(jiǎn)單適合工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，在芳綸纖維改性中有較好的發(fā)展前景。本發(fā)明的制備方法工藝簡(jiǎn)單、易操作，非常適宜工業(yè)化生產(chǎn)。
附圖說明
圖1為實(shí)施例1-3所得三種芳綸纖維的表面電鏡圖：
(a)未改性芳綸纖維；(b)uv輻照改性芳綸纖維；(c)二次接枝改性芳綸纖維。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的實(shí)施例1：芳綸纖維的表面改性方法，將芳綸纖維束放置在燒杯中用丙酮浸泡，放于超聲波清洗器中清洗4h，除去其表面附著的雜質(zhì)，再在80℃下烘干，然后將芳綸纖維剪成6mm長(zhǎng)的短纖維，密封備用。
將3phr芳綸纖維添加入150phr炭黑/天然橡膠混煉膠中制備得到芳綸纖維/炭黑/天然橡膠復(fù)合材料。
本發(fā)明的實(shí)施例2：芳綸纖維的表面改性方法，將芳綸纖維束放置在燒杯中用丙酮浸泡，放于超聲波清洗器中清洗4h，除去其表面附著的雜質(zhì)，再在80℃下烘干。
將干燥后的芳綸纖維平鋪為一層，采用紫外光波長(zhǎng)為264nm，功率為1000w的紫外燈，在距離芳綸30cm處進(jìn)行輻照，在常溫常壓條件下，輻射時(shí)間為8分鐘，然后將芳綸纖維剪成6mm長(zhǎng)的短纖維，密封備用。
將3phr紫外刻蝕后的芳綸纖維添加入150phr炭黑/天然橡膠混煉膠中制備得到芳綸纖維/炭黑/天然橡膠復(fù)合材料。
本發(fā)明的實(shí)施例3：芳綸纖維的表面改性方法，將芳綸纖維束放置在燒杯中用丙酮浸泡，放于超聲波清洗器中清洗4h，除去其表面附著的雜質(zhì)，再在80℃下烘干。
將干燥后的芳綸纖維平鋪為一層，采用紫外光波長(zhǎng)為264nm，功率為1000w的紫外燈，在距離芳綸30cm處進(jìn)行輻照，在常溫常壓條件下，輻射時(shí)間為8分鐘，然后將芳綸纖維剪成6mm長(zhǎng)的短纖維，密封備用。
在室溫下配置6wt％的kh570乙醇溶液，用保鮮膜將燒杯口封嚴(yán)，放入超聲波清洗器中震蕩5-20min，使其充分分散。再將紫外刻蝕改性后的芳綸纖維放入已經(jīng)分散好的kh570乙醇溶液中。用保鮮膜將燒杯口封嚴(yán)，反應(yīng)時(shí)間6小時(shí)、溫度40℃。待反應(yīng)完成后，取出纖維，放入烘箱中烘干。制備得到改性完成的芳綸纖維。
將3phr改性后的芳綸纖維添加入150phr炭黑/天然橡膠混煉膠中制備得到芳綸纖維/炭黑/天然橡膠復(fù)合材料。
通過對(duì)實(shí)例1～實(shí)例3所得到的三種芳綸纖維進(jìn)行表面形貌檢測(cè)，結(jié)果見圖1。
由圖1可知，未改性的芳綸纖維其表面十分光滑，而經(jīng)過uv輻照改性后，芳綸纖維的表面變得粗糙，出現(xiàn)明顯溝壑。二次改性后的芳綸纖維表面覆蓋一層較薄的kh570接枝層，使得在其表面引入kh570對(duì)表面粗糙度幾乎無影響，二次改性后的芳綸纖維在增強(qiáng)與天然橡膠基體間機(jī)械互鎖作用的同時(shí)其表面引入的雙鍵等官能團(tuán)能夠參與天然橡膠的硫化反應(yīng)。
通過對(duì)實(shí)例1～實(shí)例3所得到的三種復(fù)合材料進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)，結(jié)果見表1。
表1實(shí)施例1-3所得三種復(fù)合材料的力學(xué)性能對(duì)比
根據(jù)表1的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，本發(fā)明制備得到的樣品2、樣品3的力學(xué)性能好于樣品1的力學(xué)性能，且樣品3的力學(xué)性能最優(yōu)。本發(fā)明具有安全、高效率、污染小、低能耗、設(shè)備簡(jiǎn)單適合工業(yè)化生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，且制備的芳綸纖維增強(qiáng)橡膠復(fù)合材料力學(xué)性能有明顯優(yōu)勢(shì)。