一種芳綸纖維的改性方法
2023-07-02 11:59:26
一種芳綸纖維的改性方法
【專利摘要】本發明涉及一種芳綸纖維的改性方法，包括：將芳綸纖維放置於具有深冷介質的深冷處理設備中，將容器密閉；設置深冷處理工藝參數：降溫速度為0.5℃/min-5℃/min，處理溫度為恆溫零下90℃至零下200℃，處理時間為3小時-15小時；回溫至室溫後將芳綸纖維從深冷處理設備中取出，處理完畢。本發明提高纖維耐磨性能，增大芳綸纖維粗糙度，進而改善其與樹脂基體界面間的黏接性能，提高芳綸纖維綜合性能。
【專利說明】一種芳綸纖維的改性方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於高性能纖維改性領域，特別涉及一種芳綸纖維的改性方法。
【背景技術】
[0002]芳香族聚醯胺纖維（芳綸）是目前世界上發展最快的一種高性能化學纖維。它因具有高比強度、高比模量、低密度、耐磨損、耐衝擊、抗疲勞等優異的力學性能和動態性能；良好的耐化學腐蝕性，耐高溫、低膨脹、低電導率、不燃、不熔等突出的熱性能以及優良的介電性能而受到廣泛關注。作為纖維增強複合材料，在密度和強度方面比玻璃纖維增強複合材料具有更顯著的優點，因此被廣泛應用於航空航天、國防軍工、電子通訊、交通運輸、土木建築、橡膠製品、體育休閒等領域。但是，芳綸分子結構上的醯胺基團被芳環分離且與苯環形成了 η共軛效應，導致醯胺基上的H原子活性很差，故芳綸纖維表面缺乏化學活性基團而呈現惰性，表面浸潤性較差，其在形成複合材料時與樹脂基體的黏合性能不佳。而且，芳綸纖維由於在摩擦情況下，易產生原纖化現象，導致其耐磨性能較差，極大限制了其在繩網領域的應用。
[0003]目前，芳綸改性一般採用化學方法和物理方法。化學改性是通過氯磺化、硝化/還原等化學反應，在纖維表面引入羥基、羧基等極性基團，依靠化學鍵合或極性作用來提高纖維與基體之間的粘合強度；而物理技術一般是依靠等離子體、高能射線在纖維表面通過刻蝕、活化和接枝的綜合作用，改善纖維表面的物理和化學狀態，增加纖維表面的自由能，進而達到提高纖維與基體之間的粘結強度的目的。
[0004]深冷處理又稱超低溫處理或超亞冷處理，它是常規冷處理的延伸。深冷處理工藝一般被認為是以液氮作為深冷介質，將被處理樣品裝在一定的容器內，不同的材料按其特定的降溫曲線，控制降溫速率，緩慢地將樣品降到液氮溫度，保溫一定時間，再按升溫曲線，緩慢升到室溫的處理過程。這種工藝不僅主要用於黑色金屬材料及其合金，有色金屬材料及其合金等，能使金屬工具在抗磨料磨損、抗腐蝕磨損、減少內應力以及提高材料的穩定性等方面都顯示出一定程度的改善。
[0005]迄今為止，將深冷處理工藝應用於芳綸纖維的改性處理中，還未見報導。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題是提供一種芳綸纖維的改性方法，該工藝方法提高纖維耐磨性能，增大芳綸纖維粗糙度，進而改善其與樹脂基體界面間的黏接性能，提高芳綸纖維綜合性能。
[0007]本發明一種芳綸纖維的改性方法，包括：
[0008]將芳綸纖維放置於具有深冷介質的深冷處理設備中，將容器密閉；設置深冷處理工藝參數：降溫速度為O. 50C /min-5°c /min，處理溫度為恆溫零下90°C至零下200°C，處理時間為3小時-15小時；回溫至室溫後將芳綸纖維從深冷處理設備中取出，處理完畢。
[0009]所述芳綸纖維為對位芳香族聚醯胺纖維或者間位芳香族聚醯胺纖維。[0010]所述芳糹侖纖維為Kevlar系列纖維、Nomex纖維、Twaron纖維或Technora纖維。
[0011]所述深冷介質為液氮環境或通過其他方式得到的超低溫環境。
[0012]所述回溫方式為程序控制回溫或在室溫環境下自動回溫。
[0013]所述程序控制的回溫速度為1°C /min-5°C /min。
[0014]所述深冷處理，等同於超低溫處理或超亞冷處理，指的是將被處理對象置於特定的、可控的低溫環境中，使其材料的微觀組織結構產生變化，從而達到提高或改善材料性能的一種技術。
[0015]綜合性能包括芳綸纖維樹脂的界面結合性能、表面摩擦性能、表面為粗糙度、拉伸性能、耐磨損性能等綜合性能。
[0016]本發明所述深冷技術應用通常以液氮作為冷源，利用其相變（氣化）吸熱來獲得低溫環境。氮氣是大氣中的最主要成份之一，無毒無味，因而深冷技術的應用對環境無害，屬於綠色製造技術範疇。
[0017]綜上所述，本發明由於採用深冷處理，既能在提高芳綸纖維的耐磨損性能和拉伸性能的前提下，同時明顯地改善芳綸纖維與樹脂基體的粘結性能，可顯著提高芳綸纖維增強樹脂複合材料的整體力學性能，且工藝方法簡單、操作方便，降低改性工藝的生產成本，具有顯著的經濟效益和社會效益，擁有良好的工業應用前景。
[0018]有益.效果
[0019](I)本發明中經深冷處理的芳綸纖維具有更為優異的綜合力學性能，可滿足不同領域內的應用需求，同時提高芳綸纖維材料的使用壽命。
[0020](2)本發明中經深冷處理的芳綸纖維耐摩擦性能及拉伸性能有明顯的提高，充分挖掘了芳綸纖維材料的潛力。
[0021](3)本發明中芳綸纖維經深冷處理後表面粗糙化，表明能增加的同時與樹脂基體的接觸面積也增大，有利於芳綸纖維與樹脂形成良好的粘合界面，提高芳綸增強複合材料的綜合性能。
[0022](4)本發明的深冷處理工藝過程及深冷處理設備結構簡單，與其他改性處理工藝相比，更節約能源及生產成本，具有良好的發展前景。
[0023](5)本發明所述深冷處理技術以液氮作為冷源，利用其相變（氣化）吸熱來獲得低溫環境、無毒無味、環境友好，屬於綠色製造技術範疇。
【具體實施方式】
[0024]下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。
[0025]實施例I
[0026]採用深冷處理方法改性Kevlar-29纖維
[0027]將清潔的Kevlar-29纖維放置在深冷處理設備（SLX-100R)中。將深冷處理設備的容器蓋緊，以免低溫液氮洩露，影響溫度控制的準確性及處理效果，設置深冷處理工藝參數。按表1中的深冷處理參數表設定深冷處理參數即可。[0028]表1深冷處理參數表
[0029]
【權利要求】
1.一種芳綸纖維的改性方法，包括： 將芳綸纖維放置於具有深冷介質的深冷處理設備中，將容器密閉；設置深冷處理工藝參數：降溫速度為O. 50C /min-5°c /min，處理溫度為恆溫零下90°C至零下200°C，處理時間為3小時-15小時；回溫至室溫後將芳綸纖維從深冷處理設備中取出，處理完畢。
2.根據權利要求1所述的一種芳綸纖維的改性方法，其特徵在於：所述芳綸纖維為對位芳香族聚醯胺纖維或者間位芳香族聚醯胺纖維。
3.根據權利要求2所述的一種芳綸纖維的改性方法，其特徵在於：所述芳綸纖維為Kevlar系列纖維、Nomex纖維、Twaron纖維或Technora纖維。
4.根據權利要求1所述的一種芳綸纖維的改性方法，其特徵在於：所述深冷介質為液氮環境或通過其他方式得到的超低溫環境。
5.根據權利要求1所述的一種芳綸纖維的改性方法，其特徵在於：所述回溫方式為程序控制回溫或在室溫環境下自動回溫。
6.根據權利要求5所述的一種芳綸纖維的改性方法，其特徵在於：所述程序控制的回溫速度為 1°C /min-5°C /min。
【文檔編號】D06M10/00GK103485161SQ201310460880
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月29日 優先權日:2013年9月29日
【發明者】許福軍, 劉冰, 邱瑩丹, 邱夷平 申請人:東華大學