[发明专利]一种芳纶纤维的超声波辅助化学改性方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纤维的化学改性方法，更具体地说，本发明涉及一种芳纶纤维的超声波辅助化学改性方法，属于化学合成纤维改性技术领域。

背景技术

用于增强材料的对位芳纶主要有两种。一种是由单体对苯二胺和对苯二甲酰氯进行聚合反应制备的聚合物“聚对苯二甲酰对苯二胺”，即芳纶Ⅱ。另一种是在芳纶Ⅱ分子结构基础上引入第三单体 “5(6)-胺基-2-(4-胺基苯基)苯并咪唑”进行共聚合反应制备的聚合物，即芳纶Ⅲ。相对于芳纶Ⅱ，芳纶Ⅲ纤维力学性能更好。芳纶纤维主要应用于国防军工、电子通讯、土木建筑、橡塑制品等领域。

芳纶虽然力学性能优异，但是由于纤维表面缺少活性基团，表面性能较差。芳纶制成复合材料时纤维表面与树脂基体之间粘接力较弱，影响复合材料性能，制约复合材料应用范围。所以需要对芳纶进行表面改性，在芳纶纤维表面引入化学活性基团，提高纤维表面能，增强纤维与树脂基体界面间的粘合能力，提高纤维增强复合材料应用性能。

申请号201310224440.0的发明专利公开了一种采用超声波中的清洗液对芳纶纤维进行表面清洗处理0.5-3分钟，达到对芳纶实施改性处理的技术。申请号201210070232.5的发明专利公开了一种通过选用酰胺类有机溶剂中的一种或者任意比例的几种为超声处理介质，在超声波作用下，使酰胺类溶剂溶胀纤维表面，同时减少芳纶纤维单丝之间的粘连点，改善纤维表面状态的技术。这两种技术的特点均是在一定溶剂体系下，充分利用超声波的空化效应对纤维表面进行细纤维化处理，通过提高纤维表面积来提高纤维与树脂基体接触面积来提高复合材料性能。此类方法属于超声波物理改性技术。

公开文献“芳纶纤维/环氧复合材料界面超声连续改性处理”（航空材料学报，Vol.23, No.1, 49-51）提出了在制备芳纶纤维增强复合材料过程中，运用超声技术，借助超声的能量，强迫树脂浸润纤维，改善两者之间的浸润性，提高复合材料界面性能。这种方法也属于超声波物理改性技术，提高纤维表面性能幅度有限。

国家知识产权局于2009.4.15公开了一件公开号为CN101407995，名称为“芳纶纤维表面改性方法”的发明，该发明涉及一种芳纶纤维表面改性方法。包括下述步骤：(1)芳纶纤维的表面处理；(2)芳纶纤维的水解；(3)采用界面聚合法接枝液晶单体4，4-二羟基-α，α‘-二甲基苄联氮：①制备水相：将水解至中性位芳纶纤维、4，4-二羟基-α，α‘-二甲基苄联氮、氢氧化钠和季胺盐溶于水中；②制备有机相：将二元酸酰氯溶于有机溶剂中；③将有机相迅速倒入水相中，快速搅拌，进行反应，将产物倒入的沉淀剂中，搅拌、过滤，然后进行洗涤提纯，直到洗液澄清为止，进行干燥后即得改性芳纶纤维。使芳纶纤维表面带有液晶性能的刚性支链，形成树叉状微观形貌，有助于增强芳纶纤维与基体的结合力，提高力学性能。

上述现有技术接枝单体主要是4,4-二羟基-α,α’- 二甲基苄联氮，使用的二元酸酰氯只是一种辅助反应试剂，此技术中起改性作用的主要是4,4-二羟基-α,α’- 二甲基苄联氮，力学性能提高比较有限。上述现有技术只能处理芳纶粉末和短切纤维，无法处理芳纶长丝纤维。另外，上述技术的界面聚合法的化学反应速度慢，工序多，工艺流程太长，首先纤维洗涤处理需要1-5h，然后纤维水解反应需要4-9h，接着化学接枝反应需要5-30min，最后真空干燥需要16-24h，这种技术生产时间太长，生产成本太高，不具有工业化应用价值。

发明内容

本发明旨在解决现有超声波物理改性对提高芳纶纤维表面性能幅度有限，以及现有化学改性方法工序太多，耗时太长的问题，提供一种芳纶纤维的超声波辅助化学改性方法，该方法工序简单，耗时短，能有效的在芳纶纤维表面植入化学活性基团，显著改善纤维表面性能，提高芳纶纤维与环氧树脂基体之间的粘接能力和芳纶纤维的力学性能。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种芳纶纤维的超声波辅助化学改性方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：

A、配制表面改性处理剂

在惰性气体保护下，将酰氯类活性反应试剂溶解在无水强极性有机溶剂中，配制成表面改性处理剂；所述的酰氯类活性反应试剂为乙酰氯、丙酰氯、氯乙酰氯、二氯乙酰氯、三氯乙酰氯、亚硫酰氯中的任意一种或者任意比例的几种混合；所述的强极性有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的任意一种或者任意比例的几种混合；

B、超声辅助催化反应准备

将上述配制完成的表面改性处理剂导入惰性气体保护的超声波发生器中；