[发明专利]高复合性能含苯并咪唑的芳香族聚合物纤维及其制备方法

说明书

本发明公开的高复合性能含苯并咪唑芳香族聚合物纤维是先将该纤维静态浸泡或动态连续含有过渡金属离子的有机极性溶剂和水制成的混合溶液中反应烘干，然后再静态浸泡或动态连续通过在含多氨基的胺类化合物的乙醇溶液中反应真空烘干即可得到表面含有与树脂可反应的活性氨基的纤维，用制备的芳纶III纤维与环氧树脂形成的复合材料的层间剪切强度为52‑58MPa，浸胶丝强度为5.5‑5.8GPa；用制备的聚酰亚胺纤维与环氧树脂形成的复合材料的层间剪切强度为35‑40MPa，浸胶丝强度为3.3‑3.5GPa。由于本发明是采取的先络合后配位接枝方法，因而既不破坏纤维本体的物理化学结构，降低纤维本体力学性能，又能够实现无损伤改性获得高复合性能的芳香族聚合物纤维。

技术领域

本发明属于芳香族聚合物纤维及其制备技术领域，具体涉及一种高复合性能含苯并咪唑的芳香族聚合物纤维及其制备方法。

背景技术

芳香族聚合物纤维属于高强度高模量的有机纤维，主要包括芳香族聚酰胺纤维(如均聚的芳纶II和共聚的芳纶III纤维)和聚酰亚胺纤维等，现已被广泛应用于防弹制品、建材、特种防护服装和电子设备等领域，其与树脂制成的复合材料也已应用航空航天、国防军工等领域。然而，由于芳香族聚合物纤维高结晶高取向和光滑的表面结构，导致其与树脂的复合性能较差，以至于其所制备的复合材料还不能完全满足航空航天等领域的使用要求。因而，为了更好的发挥芳香族聚合物纤维优异的力学性能，需要对其进行表面改性处理，以改变纤维的表面性能，改善纤维与树脂的结合效果，最终达到优化复合材料的界面结合性能的目的。

目前改善芳香族聚合物纤维表面活性，提高其表面与基体树脂界面相互作用力的主要方法包括：电晕法、等离子体法、碱或酸等化学处理法，但这些处理方法都存在这样或那样明显的不足。如用电晕法和等离子体方法处理后的芳香族聚合物纤维的表面活性衰减较快，活性稳定性不够；用碱或酸等化学方法处理后常会对纤维本身力学性能影响较大，且不适于大规模的快速表面处理。并且这些方法处理后的芳香族聚合物纤维，对树脂基复合材料的增强效果并不理想。直接氟化是近年来兴起的纤维表面处理技术。它是利用高反应活性的氟气作为氟化试剂对纤维进行表面改性，其制备的表面氟化聚合物材料具有成本低，且因只在表面形成纳米层，不影响聚合材料本体的力学性能等优点。本发明人之前曾采用直接氟化的方法(CN102587058A，CN104911895A)以及在直接氟化的基础上再衍生接枝的方法(CN20161031422.4)对芳香族聚合物纤维表面进行了处理，虽然均明显提高了芳香族聚合物纤维的复合性能(层间剪切强度提高)，但本发明人在进一步研究中发现(Cheng Z,Wu P,Li B,et al.Surface chain cleavage behavior of PBIA fiber induced bydirect fluorination[J].Applied Surface Science,2016,384:480-486.)，在直接氟化过程中氟气会与芳纶纤维大分子链上的酰胺键发生化学反应，导致表面大分子链的断链发生，当氟化程度较高时会在一定程度上损伤纤维本体力学性能。因此探索一种不损伤纤维本体力学性能而又能同时提高纤维与树脂界面粘接性能的方法是十分必要的。

发明内容

本发明的首要目的是针对现有技术的不足，提供一种高复合性能含苯并咪唑芳香族聚合物纤维的制备方法，该方法既不会损伤纤维本体力学性能，又能同时提高纤维与树脂界面粘接性能。

本发明的次要目的是提供一种由上述方法制备的高复合性能含苯并咪唑芳香族聚合物纤维。

本发明提供的高复合性能含苯并咪唑芳香族聚合物纤维的制备方法，该方法的工艺步骤和条件如下：