CN105986465A - 芳纶表面改性的方法及其产品及产品的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种芳纶表面改性的方法及其产品及产品的制备方法。本发明本发明是以紫外光为辐照源在空气中对芳纶进行辐照改性，改善芳纶纤维表面性能，从而提高芳纶纤维与天然橡胶的界面黏合强度，最大限度地发挥芳纶的补强效果；辐照改性能激发芳纶纤维表面官能团活性，这些活性官能团可以与天然橡胶基体发生物理交联或者化学反应，从而增加界面粘合性；并且辐照改性还对芳纶纤维表面进行了刻蚀，使芳纶纤维表面的粗糙度增加，从而增加纤维的表面积，使芳纶纤维和天然橡胶的机械咬合增强，增加两者间的界面粘合强度。本发明具有安全、高效率、污染小、低能耗、设备简单适合工业化生产等优点，在芳纶纤维改性中有较好的发展前景。本发明的制备方法工艺简单、易操作，非常适宜工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，尤其是一种芳纶表面改性的方法及其产品的制备方法。
背景技术
芳纶纤维（AF)是一种在聚酰胺主链中引入苯环构成的线型高分子纤维。具有高拉伸强度、高拉伸模量；良好的耐疲劳性、耐化学腐蚀性和尺寸稳定性。且具有高耐热、低膨胀、低导热、不燃、不溶等优异的热性能以及优良的介电性能。其强度可达到钢丝的6倍，模量为钢丝3倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的1/5 。然而，由于芳纶纤维内苯环的位阻效应以及沿轴向取向高度结晶，酰胺基团很难与其它原子或基团发生作用，使其表面活性官能团较少，形成氢键的能力较低，导致芳纶纤维与基体的粘合性差，影响其优异力学性能的发挥。因此必须在使用前对其进行表面活化处理，通过降低纤维的表面取向度或者增加一些活性基团，提高其与基体界面粘接强度，来改善芳纶纤维与天然橡胶的界面相容性。
目前，对芳纶进行表面改性的方法以提高其与橡胶基体复合性能的技术研究采用化学接枝、表面涂层等化学方法对芳纶表面引入活性基团，使芳纶纤维与基体之间形成共价键，从而增强纤维和基体之间的界面作用力。化学法处理芳纶纤维表面效果显著，但由于反应速度快难以控制、连续化生产困难、易对环境造成污染，不易实现工业化生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种芳纶表面改性的方法及其产品的制备方法，它能显著提高芳纶纤维和天然橡胶的界面粘结强度，从而提高其复合材料的性能，并且适用于工业化生产，以克服现有技术的不足。
本发明是这样实现的：芳纶表面改性的方法，先将芳纶纤维进行干燥，将干燥后的芳纶纤维平铺为一层，再用紫外灯在距离芳纶10-30cm处进行辐照，在常温常压条件下，辐射时间为1-60分钟，获得改性芳纶。
所述的紫外光波长为264nm，紫外灯功率为500-1000W。
在紫外辐照改性前，先在常温下用丙酮超声清洗芳纶纤维3-4小时，然后在80℃下烘2小时，使芳纶纤维干燥，去除表面杂质。
改性芳纶与天然橡胶复合材料，包括90-110份天然橡胶3-10份改性芳纶，1.5-2份硫磺及14-18份配合剂。
改性芳纶与硫化天然橡胶复合材料的制备方法，其特征在于：按上述的重量分数称各组分，将天然橡胶及改性芳纶在80-100℃下于密炼机中混炼7-9分钟，然后在40-60℃的双辊开炼机上混炼，再加入硫磺硫化剂及配合剂，薄通4-8次,得到混炼胶，将混炼胶按照硫化仪测定的正硫化时间tc90硫化，制备获得改性芳纶与天然橡胶复合材料。
与现有技术相比，本发明是以紫外光为辐照源在空气中对芳纶进行辐照改性，改善芳纶纤维表面性能，从而提高芳纶纤维与天然橡胶的界面黏合强度，最大限度地发挥芳纶的补强效果；辐照改性能激发芳纶纤维表面官能团活性，这些活性官能团可以与天然橡胶基体发生物理交联或者化学反应，从而增加界面粘合性；并且辐照改性还对芳纶纤维表面进行了刻蚀，使芳纶纤维表面的粗糙度增加，从而增加纤维的表面积，使芳纶纤维和天然橡胶的机械咬合增强，增加两者间的界面粘合强度。本发明具有安全、高效率、污染小、低能耗、设备简单适合工业化生产等优点，在芳纶纤维改性中有较好的发展前景。本发明的制备方法工艺简单、易操作，非常适宜工业化生产。
具体实施方式
本发明的实施例1：芳纶纤维的表面改性方法，将芳纶纤维束放置在烧杯中用丙酮浸泡，放于超声波清洗器中清洗4h，除去其表面附着的杂质，再在80℃下烘干，然后将芳纶纤维剪成5mm长的短纤维，密封备用。
将3份芳纶纤维与50份天然橡胶加入橡塑密炼机（XSM-05型，上海科创橡塑机械设备有限公司）制成母炼胶；再将50份天然橡胶、母炼胶、5份氧化锌 、 4份硬脂酸、 1.5份防老剂4020、0.5份促进剂D、2.21份促进剂M、1.97份促进剂DM、0.33份促进剂TMTD及1.71份硫磺硫化剂，依次加入双辊开炼机中进行混炼，混炼10min后出片，放置24h以消除内应力。裁剪适当的胶片，用无转子硫化仪测定胶片的正硫化时间，再根据硫化仪测得的正硫化时间，在平板硫化机中硫化制样，得到芳纶纤维与天然橡胶复合材料。
本发明的实施例2：芳纶纤维的表面改性方法，将芳纶纤维束放置在烧杯中用丙酮浸泡，放于超声波清洗器中清洗4h，除去其表面附着的杂质，再在80℃下烘干，将干燥后的芳纶纤维平铺为一层，采用紫外光波长为264nm，功率为800W的紫外灯，在距离芳纶20cm处进行辐照，在常温常压条件下，辐射时间为4分钟，然后将芳纶纤维剪成5mm长的短纤维，获得改性芳纶，密封备用。
将3份改性芳纶与50份天然橡胶加入橡塑密炼机（XSM-05型，上海科创橡塑机械设备有限公司）制成母炼胶；再将50份天然橡胶、母炼胶、5份氧化锌、4份硬脂酸、1.5份防老剂4020、0.5份促进剂D、2.21份促进剂M、1.97份促进剂DM、0.33份促进剂TMTD及1.71份硫磺硫化剂，依次加入双辊开炼机中进行混炼，混炼10min后出片，放置24h以消除内应力。裁剪适当的胶片，用无转子硫化仪测定胶片的正硫化时间，再根据硫化仪测得的正硫化时间，在平板硫化机中硫化制样，得到改性芳纶与天然橡胶复合材料。
本发明的实施例3：芳纶纤维的表面改性方法，将芳纶纤维束放置在烧杯中用丙酮浸泡，放于超声波清洗器中清洗4h，除去其表面附着的杂质，再在80℃下烘干，将干燥后的芳纶纤维平铺为一层，采用紫外光波长为264nm，功率为1000W的紫外灯，在距离芳纶20cm处进行辐照，在常温常压条件下，辐射时间为8分钟，然后将芳纶纤维剪成5mm长的短纤维，获得改性芳纶，密封备用。
将3份改性芳纶与50份天然橡胶加入橡塑密炼机（XSM-05型，上海科创橡塑机械设备有限公司）制成母炼胶；再将50份天然橡胶、母炼胶、5份氧化锌、4份硬脂酸、1.5份防老剂4020、0.5份促进剂D、2.21份促进剂M、1.97份促进剂DM、0.33份促进剂TMTD及1.71份硫磺硫化剂，依次加入双辊开炼机中进行混炼，混炼10min后出片，放置24h以消除内应力。裁剪适当的胶片，用无转子硫化仪测定胶片的正硫化时间，再根据硫化仪测得的正硫化时间，在平板硫化机中硫化制样，得到改性芳纶与天然橡胶复合材料。
通过对实例1~实例3所得到的三种复合材料进行力学性能检测，结果见表1。
根据表1的实验结果可知，本发明制备得到的改性芳纶/橡胶复合材料的力学性能好于未改性芳纶/橡胶复合材料的力学性能，本发明具有具有安全、高效率、污染小、低能耗、设备简单适合工业化生产的优点，且制备的芳纶增强橡胶复合材料力学性能有明显优势。
Claims (5)
1.一种芳纶表面改性的方法，其特征在于：先将芳纶纤维进行干燥，将干燥后的芳纶纤维平铺为一层，再用紫外灯在距离芳纶10-30cm处进行辐照，在常温常压条件下，辐射时间为1-60分钟，获得改性芳纶。
2.根据权利要求1所述的芳纶表面改性的方法，其特征在于：所述的紫外光波长为264nm，紫外灯功率为500-1000W。
3.根据权利要求1所述的芳纶表面改性的方法，其特征在于：在紫外辐照改性前，先在常温下用丙酮超声清洗芳纶纤维3-4小时，然后在80℃下烘2小时，使芳纶纤维干燥，去除表面杂质。
4.一种采用如权利要求1所述改性芳纶的改性芳纶与天然橡胶复合材料，其特征在于：按质量份数计算，包括90-110份天然橡胶3-10份改性芳纶，1.5-2份硫磺及14-18份配合剂。
5.一种如权利要求4所述的改性芳纶与硫化天然橡胶复合材料的制备方法，其特征在于：按上述的重量分数称各组分，将天然橡胶及改性芳纶在80-100℃下于密炼机中混炼7-9分钟，然后在40-60℃的双辊开炼机上混炼，再加入硫磺硫化剂及配合剂，薄通4-8次,得到混炼胶，将混炼胶按照硫化仪测定的正硫化时间tc90硫化，制备获得改性芳纶与天然橡胶复合材料。
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| PB01 | Publication | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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