CN109403040A - 一种芳纶纤维改性溶液的制备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种芳纶纤维改性溶液的制备，涉及一种芳纶纤维表面改性的方法。包括预处理溶液和再处理溶液，预处理溶液：甲苯180～200，多亚甲基多苯基多异氰酸酯16～18，环氧树脂3～6；再处理溶液：去离子水180～220，甲阶间苯二酚‑甲醛树脂8～12，25%~30%氨水8～16，丁吡胶乳160～200，36%~40%甲醛溶液5～10，单宁酸0～5，茶多酚0～5。使用该浸渍液处理芳纶纤维可以有效地提高芳纶纤维的表面粗糙度，增加了芳纶纤维表面活性基团的数量，进而提高了芳纶纤维与不同橡胶之间的粘合性。

Description

一种芳纶纤维改性溶液的制备
技术领域
本发明涉及轮胎或三角带生产技术领域，具体涉及一种芳纶纤维表面改性的方法。
背景技术
芳纶纤维具有高强度、高模量、高耐热性、高耐化学腐蚀性等优点，因此被广泛应用于航空航天、土木工程、汽车骨架材料等方面。芳纶纤维在复合材料中要承受及其复杂的应变负荷与冲击负荷，这就要求芳纶纤维与基体材料之间拥有优异的粘合性能。但是因为芳纶纤维分子链的高规整度使其具有很强的结晶能力，加上分子链上缺乏极性基团，导致了芳纶纤维表面光滑且呈现出化学惰性。
目前，已经开发出了很多芳纶纤维表面改性的方法。但是在这些方法中，有些方法工艺较为复杂，很难实现工业化生产；有些方法成本较高，并且造成原料的浪费。本发明是在前人研究的基础上，开发出一种新的芳纶纤维表面改性方法，提高纤维的表面粗糙度并增加表面可反应基团的数量。
发明内容
本发明的目的是提供了一种芳纶纤维表面改性的方法，使用该浸渍液处理芳纶纤维可以有效地提高芳纶纤维的表面粗糙度，增加了芳纶纤维表面活性基团的数量，进而提高了芳纶纤维与不同橡胶之间的粘合性。
为实现上述目的本发明公开了一种芳纶纤维改性溶液，包括预处理溶液和再处理溶液，其特征在于：
其中所述预处理溶液由如下份数材料组成：
甲苯 180～200；
多亚甲基多苯基多异氰酸酯 16～18；
环氧树脂 3～6；
其中所述再处理溶液由如下份数材料组成：
去离子水 180～220；
甲阶间苯二酚-甲醛树脂 8～12；
25%~30%氨水 8～16；
丁吡胶乳 160～200；
36%~40%甲醛溶液 5～10；
单宁酸 0～5；
茶多酚 0～5。
本发明还公开了一种权利要求1所述芳纶纤维改性溶液的制备方法，其特征在于：
预处理溶液的制备包括如下步骤:
向甲苯中加入多亚甲基多苯基多异氰酸酯、环氧树脂，在室温条件下搅拌使二者溶液并均匀地分散在溶剂中，并在室温条件下密封保存，即可获得芳纶纤维表面预处理溶液。
再处理溶液的制备包括如下步骤：
按照再处理溶液的配方，准确称量各个组分，首先配制三个不同体系的溶液，分别为：
1号溶液：去离子水 30～35，甲阶间苯二酚-甲醛树脂 8～12，25%~30%氨水 4～6；
2号溶液：去离子水 125～170，丁吡胶乳 160～200，25%~30%氨水 2～12；3号溶液：去离子水 15～20，36%~40%甲醛溶液 5～10；
具体工艺为如下，1号溶液：首先称取去离子水作为溶剂，再先后称取甲阶间苯二酚-甲醛树脂和氨水分散在其中，搅拌使溶液混合均匀；2号溶液：首先称取去离子水作为溶剂，再先后称取丁吡胶乳、氨水分散在其中，搅拌使溶液混合均匀；3号溶液：首先称取去离子水作为溶剂，再称取甲醛溶液分散在其中，搅拌时溶液混合均匀；
将上述步骤中的1号溶液缓慢加入到2号溶液中，混合完成后，将3号溶液以相同方式加入到2号溶液中，制得芳纶纤维表面再处理溶液。待溶液熟化24h以上，向熟化后的溶液中加入0～5份单宁酸，0~5份茶多酚，充分搅拌，使溶液混合均匀,制得再处理溶液。
另外还公开了一种权利要求1所述的芳纶纤维改性溶液的使用方法，其特征在于：先后使用预处理溶液和再处理溶液浸渍芳纶纤维，浸渍完成后把芳纶纤维放入高温烘箱内烘干，并完成纤维表面与浸渍液之间的化学反应。
本发明创造性的向水溶性浸渍液中加入了水溶性很好的单宁酸或茶多酚，这不同于单纯的物理或化学方法。浸渍液中使用了有机酸单宁酸或酚类物质茶多酚，二者都含有较多的可反应基团，提高了浸渍层与芳纶纤维之间的相互作用，并且水溶性很好，很容易分散在再处理溶液中。再处理溶液有三部分组成，分别为甲阶间苯二酚-甲醛树脂水溶液、胶乳溶液和甲醛水溶液，然后把三部分溶液混合在一起，在室温条件下熟化24h以上，可以使树脂相和胶乳相充分络合。
本发明的优点与国内现有技术方案相比，本发明具有如下优点：
（1）使用本发明所提出的一种芳纶纤维表面改性方法处理的芳纶纤维表面粗糙度提高，纤维束紧密结合在一起。
（2）本发明所提出的一种芳纶纤维表面改性的方法是通过浸渍液处理芳纶纤维，工艺流程简单，原材料用量少，成本较低，可以适应现有的工业生产。
（3）本发明所提出的一种芳纶纤维表面改性的方法可以满足纤维与不同胶种之间的粘合。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明的技术方案进行详细地说明，但是本发明的范围不受下面实施例的限制。
实施例一
本发明提供了一种芳纶纤维表面改性的方法，按重量份数计由如下组分组成：（1）预处理溶液：甲苯 180，多亚甲基多苯基多异氰酸酯 18，环氧树脂 5；（2）再处理溶液：去离子水200，甲阶间苯二酚-甲醛树脂 10，25%~30%氨水 11，丁吡胶乳 180，36%~40%甲醛溶液 5，单宁酸 4。
本发明还提供了上述芳纶纤维表面改性溶液的制备方法及芳纶纤维的处理方法，包括如下步骤：
向甲苯中加入多亚甲基多苯基多异氰酸酯、环氧树脂，在室温条件下搅拌使二者溶液并均匀地分散在溶剂中，并在室温条件下密封保存，即可获得芳纶纤维表面预处理溶液。
按照再处理溶液的配方，准确称量各个组分，根据如下工艺配置溶液，1号溶液：首先称取去离子水作为溶剂，再先后称取甲阶间苯二酚-甲醛树脂和氨水分散在其中，搅拌使溶液混合均匀；2号溶液：首先称取去离子水作为溶剂，再先后称取丁吡胶乳、氨水分散在其中，搅拌使溶液混合均匀；3号溶液：首先称取去离子水作为溶剂，再称取甲醛溶液分散在其中，搅拌时溶液混合均匀。
将前述步骤中得到的1号溶液缓慢加入到2号溶液中，混合完成后，将3号溶液以相同方式加入到2号溶液中，制得芳纶纤维表面再处理溶液。待溶液熟化24h后，加入4份单宁酸，充分搅拌使溶液混合均匀。
先后使用预处理溶液和再处理溶液浸渍芳纶纤维，浸渍完成后把芳纶纤维放入高温烘箱内烘干，并完成纤维表面与浸渍液之间的化学反应。
用开炼机将天然橡胶进行塑炼，下片，裁剪。把橡胶与浸渍处理后的芳纶纤维一同放入模具，用平板硫化机加压硫化。硫化温度为150℃，硫化时间为25min，硫化压力为10MPa，芳纶纤维在橡胶中的包埋长度为10mm。
按照国家标准GB/T 2924-1991，在万能试验机上对硫化试样进行T抽出测试，速度为125mm/min。目测观察抽出芳纶纤维表面的附胶率。实验中使用了一个三角带生产厂家生产的天然橡胶，抽出测试所使用的夹具孔径为6mm。实验使用的芳纶纤维为烟台泰和新材股份有限公司生产的无涂层对位芳纶纤维。
使用本发明提供的浸渍液制备的改性芳纶纤维与天然橡胶的粘合抽出力为180N，附胶率为50%；未经浸渍处理的芳纶纤维与天然橡胶的粘合抽出力为65N，附胶率为0%。
实施例二
本发明提供了一种芳纶纤维表面改性的方法，按重量份数计由如下组分组成：（1）预处理溶液：甲苯 190，多亚甲基多苯基多异氰酸酯 17，环氧树脂 6；（2）再处理溶液：去离子水180，甲阶间苯二酚-甲醛树脂 9，25%~30%氨水 15，丁吡胶乳 160，36%~40%甲醛溶液 9，单宁酸 1，茶多酚 3。
本发明还提供了上述芳纶纤维表面改性溶液的制备方法及芳纶纤维的处理方法，包括如下步骤：
向甲苯中加入多亚甲基多苯基多异氰酸酯、环氧树脂，在室温条件下搅拌使二者溶液并均匀地分散在溶剂中，并在室温条件下密封保存，即可获得芳纶纤维表面预处理溶液。
按照再浸渍溶液的配方，准确称量各个组分，根据如下工艺配置溶液，1号溶液：首先称取去离子水作为溶剂，再先后称取甲阶间苯二酚-甲醛树脂和氨水分散在其中，搅拌使溶液混合均匀；2号溶液：首先称取去离子水作为溶剂，再先后称取丁吡胶乳、氨水分散在其中，搅拌使溶液混合均匀；3号溶液：首先称取去离子水作为溶剂，再称取甲醛溶液分散在其中，搅拌时溶液混合均匀。
将前述步骤中得到的1号溶液缓慢加入到2号溶液中，混合完成后，将3号溶液以相同方式加入到2号溶液中，制得芳纶纤维表面再处理溶液。待溶液熟化24h后，加入1份单宁酸，茶多酚3份，充分搅拌使溶液混合均匀。
先后使用预处理溶液和再处理溶液浸渍芳纶纤维，浸渍完成后把芳纶纤维放入高温烘箱内烘干，并完成纤维表面与浸渍液之间的化学反应。
用开炼机将天三元乙丙橡胶进行塑炼，下片，裁剪。把橡胶与浸渍处理后的芳纶纤维一同放入模具，用平板硫化机加压硫化。硫化温度为170℃，硫化时间为25min，硫化压力为10MPa，芳纶纤维在橡胶中的包埋长度为10mm。
按照国家标准GB/T 2924-1991，在万能试验机上对硫化试样进行T抽出测试，速度为125mm/min。目测观察抽出芳纶纤维表面的附胶率。实验中使用了一个三角带生产厂家生产的三元乙丙橡胶，抽出测试所使用的夹具孔径为6mm。实验使用的芳纶纤维为烟台泰和新材股份有限公司生产的无涂层对位芳纶纤维。
使用本发明提供的浸渍液制备的改性芳纶纤维与三元乙丙橡胶的粘合抽出力为265N，附胶率为70%；未经浸渍处理的芳纶纤维与三元乙丙橡胶的粘合抽出力为70N，附胶率为0%。
实施例三
本发明提供了一种芳纶纤维表面改性的方法，按重量份数计由如下组分组成：（1）预处理溶液：甲苯 200，多亚甲基多苯基多异氰酸酯 18，环氧树脂 6；（2）再处理溶液去离子水220，甲阶间苯二酚-甲醛树脂 11，25%~30%氨水16，丁吡胶乳 190，36%~40%甲醛溶液 10，单宁酸 3，茶多酚 2份。
本发明还提供了上述芳纶纤维表面改性溶液的制备方法及芳纶纤维的处理方法，包括如下步骤：
向甲苯中加入多亚甲基多苯基多异氰酸酯、环氧树脂，在室温条件下搅拌使二者溶液并均匀地分散在溶剂中，并在室温条件下密封保存，即可获得芳纶纤维表面预处理溶液。
按照再浸渍溶液的配方，准确称量各个组分，根据如下工艺配置溶液，1号溶液：首先称取去离子水作为溶剂，再先后称取甲阶间苯二酚-甲醛树脂和氨水分散在其中，搅拌使溶液混合均匀；2号溶液：首先称取去离子水作为溶剂，再先后称取丁吡胶乳、氨水分散在其中，搅拌使溶液混合均匀；3号溶液：首先称取去离子水作为溶剂，再称取甲醛溶液分散在其中，搅拌时溶液混合均匀。
将前述步骤中得到的1号溶液缓慢加入到2号溶液中，混合完成后，将3号溶液以相同方式加入到2号溶液中，制得芳纶纤维表面再处理溶液。待溶液熟化24h后，加入3份单宁酸，2份茶多酚，充分搅拌使溶液混合均匀。
先后使用预处理溶液和再处理溶液浸渍芳纶纤维，浸渍完成后把芳纶纤维放入高温烘箱内烘干，并完成纤维表面与浸渍液之间的化学反应。
用开炼机将氯丁橡胶进行塑炼，下片，裁剪。把橡胶与浸渍处理后的芳纶纤维一同放入模具，用平板硫化机加压硫化。硫化温度为160℃，硫化时间为30min，硫化压力为10MPa，芳纶纤维在橡胶中的包埋长度为10mm。
按照国家标准GB/T 2924-1991，在万能试验机上对硫化试样进行T抽出测试，速度为125mm/min。目测观察抽出芳纶纤维表面的附胶率。实验中使用了一个厂家生产的天然橡胶，抽出测试所使用的夹具孔径为6mm。实验使用的芳纶纤维为烟台泰和新材股份有限公司生产的无涂层对位芳纶纤维。
使用本发明提供的浸渍液制备的改性芳纶纤维与氯丁橡胶的粘合抽出力为320N，附胶率为80%；未经浸渍处理的芳纶纤维与天然橡胶的粘合抽出力为80N，附胶率为0%。

Claims (3)

1.一种芳纶纤维改性溶液，包括预处理溶液和再处理溶液，其特征在于：
其中所述预处理溶液由如下份数材料组成：
甲苯 180～200；
多亚甲基多苯基多异氰酸酯 16～18；
环氧树脂 3～6；
其中所述再处理溶液由如下份数材料组成：
去离子水 180～220；
甲阶间苯二酚-甲醛树脂 8～12；
25%~30%氨水 8～16；
丁吡胶乳 160～200；
36%~40%甲醛溶液 5～10；
单宁酸 0～5；
茶多酚 0～5。
2.一种权利要求1所述芳纶纤维改性溶液的制备方法，其特征在于：
预处理溶液的制备包括如下步骤:
向甲苯中加入多亚甲基多苯基多异氰酸酯、环氧树脂，在室温条件下搅拌使二者溶液并均匀地分散在溶剂中，并在室温条件下密封保存，即可获得芳纶纤维表面预处理溶液；
再处理溶液的制备包括如下步骤：
按照再处理溶液的配方，准确称量各个组分，首先配制三个不同体系的溶液，分别为：
1号溶液：去离子水 30～35，甲阶间苯二酚-甲醛树脂 8～12，25%~30%氨水 4～6；
2号溶液：去离子水 125～170，丁吡胶乳 160～200，25%~30%氨水 2～12；3号溶液：去离子水 15～20，36%~40%甲醛溶液 5～10；
具体工艺为如下，1号溶液：首先称取去离子水作为溶剂，再先后称取甲阶间苯二酚-甲醛树脂和氨水分散在其中，搅拌使溶液混合均匀；2号溶液：首先称取去离子水作为溶剂，再先后称取丁吡胶乳、氨水分散在其中，搅拌使溶液混合均匀；3号溶液：首先称取去离子水作为溶剂，再称取甲醛溶液分散在其中，搅拌时溶液混合均匀；
将上述步骤中的1号溶液缓慢加入到2号溶液中，混合完成后，将3号溶液以相同方式加入到2号溶液中，制得芳纶纤维表面再处理溶液；待溶液熟化24h以上，向熟化后的溶液中加入0～5份单宁酸，0~5份茶多酚，充分搅拌，使溶液混合均匀,制得再处理溶液。
3. 一种权利要求1所述的芳纶纤维改性溶液的使用方法，其特征在于：先后使用预处理溶液和再处理溶液浸渍芳纶纤维，浸渍完成后把芳纶纤维放入高温烘箱内烘干，并完成纤维表面与浸渍液之间的化学反应。
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