CN103088627B - 一种芳纶纤维表面的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种芳纶纤维表面的处理方法，包括以下步骤：（1）将芳纶纤维长丝按预定尺寸剪成20mm较短纤维，用乙醇超声清洗2h后烘干；（2）再用CaCl₂、LiCl或ZnCl₂重量浓度为20～50%的水溶液在80～100℃下浸渍处理15～180分钟，取出用清水清洗后烘干即可。本方法能增加芳纶纤维与橡胶基体材料的粘接强度，安全环保且成本低。

Description

一种芳纶纤维表面的处理方法

技术领域

本发明涉及材料加工技术领域，具体来就涉及一种芳纶纤维表面的处理方法。

背景技术

高刚度、高强度的芳纶纤维是理想的橡胶增强材料，但芳纶纤维表面很光滑，活性官能团少，反应活性低，有很大的惰性，尤其是其高结晶性，使其与橡胶材料的界面粘接性差，纤维分散不良，严重影响了复合材料性能的提高，因此芳纶纤维的表面活化处理及其在基体材料中的均匀分散是制备性能优良的芳纶增强橡胶复合材料的关键技术。目前进入工业化应用的芳纶/橡胶复合材料的芳纶纤维表面处理常采用磷酸氧化纤维表面后采用偶联剂的表面处理方法，不仅成本高，且大量的废酸还需进行环保处理。纤维的分散则是行业的又一技术难题，若为使纤维分散均匀而过度混炼，将导致纤维长度过度减小、橡胶分子量下降，使性能劣化；若分散不均同样也得不到性能优良的复合材料。因此开发环境友好的芳纶纤维表面处理方法，并在此基础上制备界面粘结和分散性良好的芳纶增强橡胶复合材料具有极大的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供克服上述缺点而提供的一种能增加芳纶纤维与橡胶基体材料的粘接强度，安全环保且成本低的芳纶纤维表面的处理方法。

本发明的一种芳纶纤维表面的处理方法，包括以下步骤：

（1）将芳纶纤维长丝按预定尺寸剪成20mm较短纤维，用乙醇超声清洗2h后烘干；

（2）再用CaCl₂、LiCl或ZnCl₂重量浓度为20～50%的水溶液在80～100℃下浸渍处理15～180分钟，取出用清水清洗后烘干即可。

本发明与现有技术相比，具有明显的有益效果，从以上方案可知：芳纶纤维具有苯环分子结构和大量的酰胺基团，酰胺基团具有较强的反应活性，但封闭在晶体结构中，本发明采用氯化钙（CaCl₂）、氯化锂（LiCl）或氯化锌（ZnCl₂）可与酰胺基团发生络合配位反应，络合作用可以破坏芳纶表面分子链之间的氢键，从而破坏芳纶表面的晶体结构。本发明采用氯化钙（CaCl₂）、氯化锂（LiCl）或氯化锌（ZnCl₂）等金属盐的水溶液，以适当的温度和时间浸渍芳纶纤维（经研究表明，如果浸渍时间过长，将对纤维内部产生损伤，使纤维强度降低，金属盐溶液浓度较高时，则时间较短），使金属离子与纤维表面产生络合反应，破坏表面的晶体结构，释放出有反应活性的酰胺基团，使芳纶纤维表面活化。通过在普通橡胶中加入一部分带极性端基（羟基或羧基）的液体橡胶（异戊二烯橡胶或丁苯橡胶）和经处理的芳纶，芳纶经过上述处理后，表面释放出的活性酰胺基团与液体橡胶的极性基团产生反应，使液体橡胶分子链与芳纶之间形成化学键的结合。另一方面，液体橡胶与橡胶基体材料本身具有很好的相容性，因此增加了芳纶纤维与橡胶基体材料的粘结。同时液体橡胶的低黏度有利于纤维的分散， 因此可得到界面粘结和分散性良好，力学性能优良的芳纶增强橡胶复合材料。

具体实施方式

实施例1-7

一种芳纶纤维表面的处理方法，包括以下步骤：

（1）将芳纶长丝（牌号：AF-1000，1500旦，韩国ALKEX公司）切成20mm段，置于烧杯中用乙醇超声清洗2h后烘干；

（2）再用20%wt的CaCl₂水溶液在100℃下处理15、30、45、60、75、90、180分钟后，取出烘干即得。

对照例1

将芳纶长丝（牌号：AF-1000，1500旦，韩国ALKEX公司）切成20mm段，置于烧杯中用乙醇超声清洗2h后烘干。

实验方法如下：

将实施例1-7及对照例1所得产品应用到芳纶增强橡胶母炼胶的制备中，再利用母炼胶制备芳纶添加量4%的4%芳纶增强天然橡胶复合材料，包括：

（1）称取天然橡胶（1号标胶，西双版纳勐县关累制胶厂）1800g,端基为羟基的液体橡胶（牌号：L2R-565，分子量约50000，黏度：500Pa·S,濮阳林民化学新材料股份有限公司）200g，在橡塑捏合机中于60℃下密炼6min,得到混合胶。取1600g混合胶在120℃下于密炼机中，转速为60r/min条件下混炼4min后，加入400g实施例及对照例所得到的芳纶纤维继续混炼6min,得到芳纶纤维有良好分散的母炼胶；

（2）称取800g天然橡胶、200g母炼胶和常规的适当硫磺硫化剂及配合剂， 60℃下在双辊开炼机上混炼，薄通4次，得到芳纶含量4%的芳纶增强天然橡胶复合材料；

（3）采用硫磺硫化体系，在平板硫化机上于145℃下按照硫化仪测定的正硫化时间tc90硫化，制样即得。

作为对比的磷酸/偶联剂处理芳纶纤维制备4%芳纶增强天然橡胶复合材料，包括：

（1）将芳纶长丝切成20mm段，置于烧杯中用乙醇超声清洗2h后烘干；再用20%wt的磷酸（PA）溶液在50℃下处理1h后烘干；再在硅烷偶联剂（Si-69）/醇水溶液（乙醇：水=9：1(体积比)，Si-69含量为5%wt）中，在80℃条件下处理5h后，滤掉溶液，将纤维烘干，待用；

（2）其余的制备步骤同上。

以上两种不同处理方式的复合材料性能检测结果见表1。

表1实施例1-8得到的4%芳纶增强天然橡胶复合材料与磷酸/偶联剂处理的4%芳纶增强天然橡胶复合材料性能对比

实施例8-14

一种芳纶纤维表面的处理方法，包括以下步骤：

（1）将芳纶长丝（牌号：AF-1000，1500旦，韩国ALKEX公司）切成20mm段，置于烧杯中用乙醇超声清洗2h后烘干；

（2）再用20%wt的LiCl水溶液在100℃下处理15、30、45、60、75、90、180（实施例2-8）分钟后，取出烘干即得。

实验方法同上，复合材料性能检测结果见表2。

表2 LiCl水溶液处理芳纶的复合材料性能

实施例15-21

一种芳纶纤维表面的处理方法，包括以下步骤：

（1）将芳纶长丝（牌号：AF-1000，1500旦，韩国ALKEX公司）切成20mm段，置于烧杯中用乙醇超声清洗2h后烘干；

（2）再用50%wt的ZnCl₂水溶液在80℃下处理15、30、45、60、75、90、180分钟后，取出烘干即得。

实验方法同上，复合材料性能检测结果见表3。

表3 ZnCl₂水溶液处理芳纶的复合材料性能

表1-3的试验结果表明，采用适当的处理时间，本发明的方法制备的芳纶增强橡胶复合材料的性能，好于磷酸处理方式制备的芳纶增强橡胶复合材料，但对不同种类和浓度的金属盐水溶液处理芳纶，当处理时间过长，将导致材料性能下降。

Claims (1)

1. 一种芳纶纤维表面的处理方法，包括以下步骤：

（1）将芳纶纤维长丝按预定尺寸剪成20mm较短纤维，用乙醇超声清洗2h后烘干；

（2）再用CaCl₂、LiCl或ZnCl₂重量浓度为20～50%的水溶液在80～100℃下浸渍处理15～180分钟，取出用清水清洗后烘干即可。