CN105821645A - 一种改性高强力聚芳酯纤维的制备方法 - Google Patents

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许福军
张昆
陈志良
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    • D06M10/00—Physical treatment of fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, e.g. ultrasonic, corona discharge, irradiation, electric currents, or magnetic fields; Physical treatment combined with treatment with chemical compounds or elements

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Abstract

本发明涉及一种改性高强力聚芳酯纤维的制备方法，将高强力聚芳酯纤维置于具有深冷介质的深冷处理设备中，密闭，进行深冷处理，然后回温至室温后，保温一段时间，取出，得到改性高强力聚芳酯纤维。本发明工艺方法简单、操作方便，降低了改性工艺的生产成本，在宇宙航空、海洋资材、各种受拉构件、体育方面、安全防护、复合材料、各种产业具有广泛用途。

Description

一种改性高强力聚芳酯纤维的制备方法
技术领域
本发明属于改性材料的制备领域，特别涉及一种改性高强力聚芳酯纤维的制备方法。
背景技术
聚芳酯(PAR)又称芳香族聚酯,是分子主链上带有芳香族环和酯键的热塑性特种工程塑料。它是一种无定形的、透明的聚合物,是与聚碳酸酯、聚砜相似的等级更高的工程塑料。聚芳酯由于主链结构中含有大量的芳环,因而具有优异的耐热性和良好的力学性能,在航空航天、电子电器、汽车及机械行业、医用品和日用品等行业具有广泛的应用。但该类聚芳酯也存在一些缺点,比方它的熔融黏度高、流动性差,溶解性能、加工性能不好,特别是薄壁和大件制品难于制得。
目前，高强聚芳酯纤维改性主要有两种。第一种是使用新的单体参与双酚A与间苯二甲酰氯、对苯二甲酰氯的聚合反应,或用其他单体代替双酚A来生产新型聚芳酯。通过引入新的单体，改善原有的性能或增加新的性能，如：含硅单体双[对-酰氯苯基]二甲基硅烷部分取代对苯二甲酰氯,在聚芳酯主链中引入硅原子,合成所得到的含硅聚芳酯在保持了聚芳酯一些突出性能的基础上,其玻璃化转变温度明显降低,可以在相对较低的温度下加工,改善了聚芳酯的加工性能,提高了其加工性,扩大了其应用空间。另一种方法使)在Unitika公司的U-聚合物基础上制备高分子合金材料是聚芳酯。
深冷处理又称超低温处理或超亚冷处理,它是常规冷处理的延伸。深冷处理工艺一般被认为是以液氮作为深冷介质，将被处理样品装在一定的容器内，不同的材料按其特定的降温曲线，控制降温速率，缓慢地将样品降到液氮温度，保温一定时间，再按升温曲线，缓慢升到室温的处理过程。这种工艺不仅主要用于黑色金属材料及其合金，有色金属材料及其合金等，能使金属工具在抗磨料磨损、抗腐蚀磨损、减少内应力以及提高材料的稳定性等方面都显示出一定程度的改善。
迄今为止，将深冷处理工艺应用于高强聚芳酯纤维的改性处理中，还未见报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种改性高强力聚芳酯纤维的制备方法，本发明操作简单，提高纤维耐磨性能，增大高强聚芳酯纤维粗糙度，进而改善其与树脂基体界面间的黏接性能，提高聚芳酯纤维综合性能的深冷处理工艺，本发明的深冷处理工艺过程及深冷处理设备结构简单，与其他改性处理工艺相比，更节约能源及生产成本，具有良好的发展前景。
本发明的一种改性高强力聚芳酯纤维的制备方法，包括：
将高强力聚芳酯纤维置于具有深冷介质的深冷处理设备中，容器密闭，进行深冷处理，然后回温至室温后，保温一段时间，取出，得到改性高强力聚芳酯纤维；
其中深冷处理工艺参数为：降温速度为0.5℃/min-10℃/min，处理温度为恒温零下90℃至零下200℃，处理时间为3h-15h；循环处理1-10次。
所述高强力聚芳酯纤维为高分子热致液晶高强聚芳酯纤维。
所述高分子热致液晶高强聚芳酯纤维为U-聚合物(日本的Unitika公司)、Vectran纤维(日本可乐丽与塞拉尼斯公司合作生产)、Isaryl15纤维(奥地利Isovlta公司)、Isaryl25纤维(奥地利Isovlta公司)中的一种。
高强力聚芳酯纤维直接(自然状态下)进行深冷处理或在拉伸条件下进行深冷处理；
其中拉伸范围为0.05％-0.5％。
所述深冷环境(深冷介质)为液氮环境或其他方式得到的超低温环境。
所述深冷处理，等同于超低温处理或超亚冷处理，指的是将被处理对象置于特定的、可控的低温环境中,使其材料的微观组织结构产生变化,从而达到提高或改善材料性能的一种方法。
所述降温为采用机器程序降温，缓慢降温。
所述回温为采用程序回温或直接将高强聚芳酯纤维取出放置在室温环境下自动回温。
所述程序回温速率为1℃/min-10℃/min。
为加强深冷处理的效果，采用循环多次处理的方式进行深冷处理，每次深冷处理参数相同或不同，循环处理次数为3-10次。
高强聚芳酯纤维进行深冷处理以提高其综合性能的改性方法，综合性能包括高强聚芳酯纤维与树脂的界面结合性能、纤维的表面粗糙度、拉伸性能、耐磨损性能等。
本发明由于采用深冷处理，既能在提高高强聚芳酯纤维的耐磨损性能和拉伸性能的前提下，同时明显地改善高强聚芳酯纤维与树脂基体的粘结性能，可显著提高高强聚芳酯纤维增强树脂复合材料的整体力学性能，且工艺方法简单、操作方便，降低改性工艺的生产成本，具有显著的经济效益和社会效益，拥有良好的工业应用前景。
本发明将高强聚芳酯纤维通过程序缓慢降温，置于深冷介质中进行处理，并通过程序控温缓慢回温或室温环境下自动回温，并根据要求进行循环处理。然后保温一段时间。缓慢降温和回温能使纤维材料结构缓慢变形，不产生结构损坏；循环处理可以增强改性的效果。
本发明能够永久的提高聚芳酯的拉伸强力，界面粘合性能和耐磨性。拉伸强力和耐磨性能的提高，有利于延长高强聚芳酯纤维在绳网材料中的使用寿命；界面粘合性能的提高可增强高强聚芳酯纤维与树脂基体界面间的黏接能力，使复合材料内部的应力能够均匀传递，以满足高性能高强聚芳酯纤维增强树脂复合材料的需求。本发明工艺方法简单、操作方便，降低了改性工艺的生产成本，在宇宙航空、海洋资材、各种受拉构件、体育方面、安全防护、复合材料、各种产业具有广泛用途。
有益效果
(1)本发明中经深冷处理的高强聚芳酯纤维具有更为优异的综合力学性能，提高纤维材料特别是高强聚芳酯绳网材料的使用寿命；
(2)本发明中高强聚芳酯纤维经深冷处理后表面粗糙化，表明能增加的同时与树脂基体的接触面积也增大，有利于高强聚芳酯纤维与树脂形成良好的粘合界面，提高聚芳酯增强复合材料的综合性能；
(3)本发明的深冷处理工艺过程及深冷处理设备结构简单，与其他改性处理工艺相比，更节约能源及生产成本，具有良好的发展前景；
(4)本发明所述深冷处理技术以液氮作为冷源,利用其相变(气化)吸热来获得低温环境、无毒无味、环境友好，属于绿色制造技术范畴。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
将清洁的Vectran纤维放置在深冷处理设备(SLX-30)中。将深冷处理设备的容器盖紧，以免低温液氮泄露，影响温度控制的准确性及处理效果，设置深冷处理工艺参数。按表1中的深冷处理参数表设定深冷处理参数即可。
表1深冷处理参数表
处理完毕后，容器环境温度达到室温后保温1个小时，将Vectran纤维取出，即完成改性处理过程。深冷处理前,Vectran纤维的强度24cN/dtex,模量500cN/dtex,与环氧树脂的界面剪切强度42MPa。深冷处理后，纤维强度27.3cN/dtex，模量590cN/dtex,与环氧树脂界面剪切强度50MPa。通过表面凹凸不平的金属辊对纤维进行耐磨测试，结果显示：深冷处理前后Vectran纤维的磨断时间由50秒延长至70秒，耐磨性提高了40％。
实施例2
将清洁的U-聚合物纤维放置在深冷处理设备(SLX-30)中。将深冷处理设备的容器盖紧，以免低温液氮泄露，影响温度控制的准确性及处理效果，设置深冷处理工艺参数。按表2中的深冷处理参数表设定深冷处理参数即可。处理前，将纤缠绕在硬质框架上，给予一定的拉伸张力，变形在0.1％左右，然后放入深冷箱中进行处理。
表2深冷处理参数表
处理完毕后，容器环境温度达到室温后保温1个小时，即完成改性处理过程。深冷处理前，U-聚合物纤维的强度20cN/dtex,与环氧树脂界面剪切强度38MPa。深冷处理后，纤维强度23cN/dtex，与环氧树脂界面剪切强度46MPa。通过表面凹凸不平的金属辊对纤维进行耐磨测试，结果显示：U-聚合物纤维的磨断时间由45秒延长至60秒，耐磨性提高了33％。
实施例3
将清洁的Isaryl15纤维放置在深冷处理设备(SLX-30)中。将深冷处理设备的容器盖紧，以免低温液氮泄露，影响温度控制的准确性及处理效果，设置深冷处理工艺参数。因此，可按表3中的深冷处理参数表设定深冷处理参数即可。处理前，将纤缠绕在硬质框架上，给予一定的拉伸张力，变形在0.1％左右，然后放入深冷箱中进行处理。
表3深冷处理参数表
处理完毕后，容器环境温度达到室温后保温一个小时，即完成改性处理过程。深冷处理前，Isaryl15纤维的强度21cN/dtex,与环氧树脂界面剪切强度36MPa。深冷处理后，纤维强度24.2cN/dtex，与环氧树脂界面剪切强度46MPa。通过表面凹凸不平的金属辊对纤维进行耐磨测试，结果显示：Isaryl15纤维的磨断时间由52秒延长至72秒，耐磨性提高了38.5％。

Claims (9)

1.一种改性高强力聚芳酯纤维的制备方法，包括：
将高强力聚芳酯纤维置于具有深冷介质的深冷处理设备中，密闭，进行深冷处理，然后回温至室温后，得到改性高强力聚芳酯纤维；
其中深冷处理工艺参数为：降温速度为0.5℃/min-10℃/min，处理温度为恒温零下90℃至零下200℃，处理时间为3h-15h；循环处理1-10次。
2.根据权利要求1所述的一种改性高强力聚芳酯纤维的制备方法，其特征在于：所述高强力聚芳酯纤维为高分子热致液晶高强聚芳酯纤维。
3.根据权利要求2所述的一种改性高强力聚芳酯纤维的制备方法，其特征在于：所述高分子热致液晶高强聚芳酯纤维为U-聚合物、Vectran纤维、Isaryl15纤维、Isaryl25纤维中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种改性高强力聚芳酯纤维的制备方法，其特征在于：高强力聚芳酯纤维直接进行深冷处理或在拉伸条件下进行深冷处理；其中拉伸0.05％-0.5％。
5.根据权利要求1所述的一种改性高强力聚芳酯纤维的制备方法，其特征在于：所述深冷介质为液氮。
6.根据权利要求1所述的一种改性高强力聚芳酯纤维的制备方法，其特征在于：所述降温为采用机器程序降温。
7.根据权利要求1所述的一种改性高强力聚芳酯纤维的制备方法，其特征在于：所述回温为采用程序回温。
8.根据权利要求7所述的一种改性高强力聚芳酯纤维的制备方法，其特征在于：所述程序回温速率为1℃/min-10℃/min。
9.根据权利要求1所述的一种改性高强力聚芳酯纤维的制备方法，其特征在于：采用循环处理的方式进行深冷处理，每次深冷处理参数相同或不同，循环次数为3-10次。
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