CN1936167A - 芳纶纤维表面改性的处理方法 - Google Patents
芳纶纤维表面改性的处理方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1936167A CN1936167A CN 200610150924 CN200610150924A CN1936167A CN 1936167 A CN1936167 A CN 1936167A CN 200610150924 CN200610150924 CN 200610150924 CN 200610150924 A CN200610150924 A CN 200610150924A CN 1936167 A CN1936167 A CN 1936167A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- aramid fiber
- processing method
- surface modification
- fiber surface
- fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
- Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
Abstract
芳纶纤维表面改性的处理方法，涉及一种高分子材料改性处理方法。它解决了目前芳纶纤维表面改性的处理方法不适于工业化生产的问题。它对芳纶纤维表面改性的处理方法：先干燥芳纶纤维；再将干燥过的芳纶纤维同气体介质或液体介质一起密闭于玻璃反应器内，采用60Co为辐照源的γ射线辐照，在常温常压条件下，辐照剂量为0.1～3000kGy、进行辐照处理12～15小时。本发明具有工艺简单、环保、高效和适合工业化生产的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种高分子材料改性处理方法。
背景技术
芳纶纤维是目前世界上规模化生产的综合性能最优异的有机纤维之一，其具有高强度、高模量、较强的韧性及优异耐热性，因而被广泛应用于航空航天以及汽车领域先进复合材料的增强材料。但是芳纶中酰胺基团被芳环分离且与苯环形成π共轭效应，内旋位能相当高，分子链节呈平面刚性伸直状，即对位芳纶的主链结构具有高度的规则性，大分子是以十分伸展的状态存在，从而形成一种沿轴向排列的有规则的褶叠层结构，纤维呈独特的“芯皮”结构。表面极性不高，使得其溶解性、耐疲劳性不够好，耐光性较差，剪切性能差及纤维容易微纤化而劈裂。芳纶的化学惰性和光滑表面导致纤维表面光滑且活性低，不易与树脂浸润，致使纤维与树脂基体界面结合的性能力较差，界面剪切强度较低。较差的界面粘结不能很好地进行力的传递从而影响复合材料综合性能的发挥，进而制约了芳纶纤维在先进复合材料领域中的应用。对纤维表面进行处理后，使其能与树脂基体形成较好的界面层，从而最大限度地发挥芳纶纤维增强复合材料的综合性能。
目前对芳纶进行表面改性以提高其与树脂基体复合性能的技术研究主要集中在以下两点：一是通过化学接枝、表面涂层等化学方法引入活性基团的方式；二是通过用冷等离子体、γ射线或超声波等对表面进行刻蚀的物理作用以提高芳纶与树脂的浸润性的方式。化学方法处理纤维表面效果显著，但因不容易大批量处理纤维因而不易实现工业化应用；大量研究表明，用冷等离子体对纤维进行表面处理或处理后又引入化学基团进行接枝的技术有助于复合性能的提高，但因连续化速度太慢而仍不适于工业化生产；而用γ射线辐照和超声波处理的方式将推进芳纶在线表面处理的工业化进程。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前芳纶纤维表面改性的处理方法不适于工业化生产的问题，提供了一种芳纶纤维表面改性的处理方法。本发明对芳纶纤维表面改性的处理方法为：先干燥芳纶纤维；再将干燥过的芳纶纤维同气体介质或液体介质一起密闭于玻璃反应器内，采用60Co为辐照源的γ射线辐照，在常温常压条件下，辐照剂量为0.1～3000kGy，进行辐照处理12～15小时。
本发明对芳纶纤维表面改性还可以在真空的条件下进行处理。
辐照技术以其高效，节能和环保等特点，在改性材料表面上得到广泛应用。γ-射线是一种高能量穿透能力强的电磁波。γ-射线能激起纤维表面官能团的活性，这些活性官能团可以与基体发生物理交联或化学反应，从而增加纤维和基体界面结合能力；可以在纤维表面接枝活性基团，这些活性基团的另一端还可以接枝到树脂基体上，有利于树脂基体对纤维的浸润和交联；还可以对纤维表面进行刻蚀，使纤维表面的粗糙度增加，从而增加纤维的表面积，使纤维和树脂之间的机械咬合增强，从而增加二者之间的界面结合强度。总的来说γ-射线辐照可以增加纤维表面的粗糙度，激发纤维本身基团的活性和引入活性基团，该活性基团能与树脂基体反应，提高了树脂对纤维的浸润性，使得二者之间的物理和化学结合强度增加，最终达到纤维和树脂基体之间的更好的结合。本发明是以60Co为辐照源的γ-射线在气体介质和液体介质中对芳纶纤维进行辐照改性，进一步改善纤维的表面性能，从而提高纤维与环氧树脂基体的界面结合强度，最大限度地发挥芳纶纤维增强复合材料的综合性能。在γ-射线辐照下，凡具有偶联剂功能的液体介质与芳纶纤维表层官能团发生接枝反应，且能够实现纤维与树脂基体之间的偶联反应，均可作为接枝体。辐照源60Co具有功率高、制备简单、使用安全的特点。本发明具有工艺简单、环保、高效和适合工业化生产的优点。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式对芳纶纤维表面改性的处理方法是：先干燥芳纶纤维；再将干燥过的芳纶纤维同气体介质或液体介质一起密闭于玻璃反应器内，采用60Co为辐照源的γ射线辐照，在常温常压条件下，辐照剂量为0.1～3000kGy、进行辐照处理12～15小时。
具体实施方式二：本实施方式对芳纶纤维表面改性的处理方法中的气体介质为氮气、氧气、空气、惰性气体中的一种或几种气体的混合。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式对芳纶纤维表面改性的处理方法中的气体介质为惰性气体。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式对芳纶纤维表面改性的处理方法中的液体介质为具有偶联作用的溶液。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是对芳纶纤维表面改性的处理方法中的具有偶联作用的溶液为环氧树脂的丙酮溶液或酚醛的乙醇溶液。其它与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：本实施方式对芳纶纤维表面改性的处理方法中的液体介质为小分子有机溶剂。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是对芳纶纤维表面改性的处理方法中的小分子有机溶剂为环氧氯丙烷。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同的是：对芳纶纤维表面改性的处理方法中使用气体介质时辐照剂量为500～700kGy。其它与具体
实施方式一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一不同的是：对芳纶纤维表面改性的处理方法中使用液体介质时辐照剂量为200～300kGy。其它与具体实施方式一相同。
本发明使用气体介质时对芳纶纤维改性的研究。本发明选用空气和氮气两种气体介质。空气介质辐照处理是把干燥的纤维密闭于玻璃反应器内密封，在常温常压条件下用60Co作为辐照源的γ射线辐照；氮气介质辐照则是将事先干燥好的纤维先置于特制玻璃容器内，接着抽真空，最后注入氮气至常压密封，在常温条件条件下用60Co作为辐照源的γ射线辐照。把改性前后的纤维制成环氧复合材料，纤维的单丝拉伸强度严格按照GJB 993-90芳纶纤维拉伸强度拉伸性能试验方法—不浸胶法进行测定，其胶含量控制在38％(此时材料的综合性能最佳)，对比两种介质层间剪切强度(简称为ILSS)测定结果：未处理的芳纶环氧复合材料的ILSS值约是60MPa，两种气体介质中随辐照剂量的增加，其改性后芳纶复合材料的ILSS值均增加，且随辐照剂量增加其ILSS值增加幅度先增后减，辐照剂量为500～700kGy时增加幅度达到最大值，氮气介质改性后芳纶复合材料的ILSS值为71.3MPa，提高了18.8％；空气介质改性后芳纶复合材料的ILSS值为70.1MPa，提高了16.8％；在辐照剂量小于400kGy时，ILSS增加幅度小于10％，其余均大于10％，且辐照剂量大于1000kGy时，ILSS值变化幅度基本不变。材料的弯曲性能也得到提高，未处理的芳纶环氧复合材料的弯曲强度约是728.7MPa，其弯曲强度变化趋势与ILSS相似，但变化不如ILSS的幅度大，氮气介质中弯曲强度最大值为801.6MPa，提高了10.0％；空气介质中弯曲强度最大值为771.8MPa，提高了5.9％。对于辐照剂量在0.1～1000kGy范围内，氮气介质辐照处理前后芳纶纤维进行XRD测试，测试结果表明辐照处理后纤维2θ角辐照剂量在0.1～600kGy范围内逐渐增加，当辐照剂量为600kGy时达到最大值，尔后降低，当辐照剂量为1000kGy时与未处理时的2θ角基本相同，从理论足上以解释上诉的实验结果。由此可以看出空气中的氧对芳纶纤维辐照改性影响并不大，最佳辐照剂量为500～700kGy，而且大剂量对纤维本体强度损伤并不大，这是芳纶纤维最具特色的一点，因为一般纤维在大剂量下对其本体损伤较大。将不同的气体按不同比例混合得到基本类似上述研究的改性效果，但是纯氧气介质中改性效果要稍差一些。因此工业化可以考虑直接常温常压处理，无须氮气保护，由以上分析可知γ-射线辐照处理芳纶纤维是一种非常适合工业化简单快捷的改性方法。
本发明使用液体介质时对芳纶改性的研究。基于以上的研究，在常温常压条件下液体浸泡芳纶密闭共辐照接枝，辐照剂量范围为0.1～1000kGy，分别测定层间剪切强度和弯曲强度。干燥好的芳纶纤维置于玻璃反应器中，加入可完全浸泡纤维用量的接枝液，室温下浸泡12小时确保接枝体溶液浸透纤维，密封接受不同剂量的辐照处理，辐照后的纤维在容器内密闭放置12小时，取出自然晾干，接着加热干燥以去除剩余溶剂，于干燥器密封存放。接枝体选取原则是具有偶联剂的功能，在γ-射线辐照下接枝体能够与纤维表层分子发生接枝反应，进而能够实现纤维与树脂基体之间的偶联反应。以接枝体环氧氯丙烷与芳纶共辐照接枝为例：实验结果表明环氧氯丙烷与纤维共辐照接枝，在辐照剂量200kGy～1000kGy范围内：辐照对芳纶纤维的本体损伤很小，辐照最佳剂量是200～300kGy，层间剪切强度ILSS达最大值72.9MPa，比未处理的纤维提高大约20％，其弯曲强度为807.2MPa，提高幅度为10.8％；当辐照最佳剂量300kGy～1000kGy时，对层间剪切强度和弯曲强度提高幅度不再增大，可见在此范围内辐照剂量对层间剪切强度影响很小，几乎达到稳定不变的程度。纤维的本体强度基本不变，原因是接枝反应只发生在纤维的皮层上，小分子接枝体进入不了纤维的芯结构里，所以分子链的取向结构不受影响，纤维的力学性能变化不大。对辐照接枝前后的芳纶纤维进行XPS测试，结果表明：辐照接枝后纤维表面氧元素的含量增加而氮元素的含量降低了，说明环氧氯丙烷接枝到芳纶纤维表面，引入含氯极性基团，可以与环氧树脂基体发生的极性相互作用，甚至可以与环氧分子发生化学键合，从而提高复合材料的层间剪切强度。
研究表明以60Co为辐照源的γ-射线在气体介质和液体介质中对芳纶纤维进行辐照改性，进一步改善纤维的表面性能，从而提高纤维与环氧树脂基体的界面结合强度，最大限度地发挥芳纶纤维增强复合材料的综合性能。
本发明具有工艺简单、环保、高效和适合工业化生产的优点。
Claims (9)
1、一种芳纶纤维表面改性的处理方法，其特征在于它对芳纶纤维表面改性的处理方法：先干燥芳纶纤维；再将干燥过的芳纶纤维同气体介质或液体介质一起密闭于玻璃反应器内，采用60Co为辐照源的γ射线辐照，在常温常压条件下，辐照剂量为0.1～3000kGy、进行辐照处理12～15小时。
2、根据权利要求1所述的一种芳纶纤维表面改性的处理方法，其特征在于对芳纶纤维表面改性的处理方法中的气体介质为氮气、氧气、空气、惰性气体中的一种或几种气体的混合。
3、根据权利要求1所述的一种芳纶纤维表面改性的处理方法，其特征在于对芳纶纤维表面改性的处理方法中的气体介质为惰性气体。
4、根据权利要求1所述的一种芳纶纤维表面改性的处理方法，其特征在于对芳纶纤维表面改性的处理方法中的液体介质为具有偶联作用的溶液。
5、根据权利要求4所述的一种芳纶纤维表面改性的处理方法，其特征在于对芳纶纤维表面改性的处理方法中的具有偶联作用的溶液为环氧树脂的丙酮溶液或酚醛的乙醇溶液。
6、根据权利要求1所述的一种芳纶纤维表面改性的处理方法，其特征在于对芳纶纤维表面改性的处理方法中的液体介质为小分子有机溶剂。
7、根据权利要求6所述的一种芳纶纤维表面改性的处理方法，其特征在于对芳纶纤维表面改性的处理方法中的小分子有机溶剂为环氧氯丙烷。
8、根据权利要求1所述的一种芳纶纤维表面改性的处理方法，其特征在于：对芳纶纤维表面改性的处理方法中使用气体介质时辐照剂量为500～700kGy。
9、根据权利要求1所述的一种芳纶纤维表面改性的处理方法，其特征在于对芳纶纤维表面改性的处理方法中使用液体介质时辐照剂量为200～300kGy。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200610150924 CN1936167A (zh) | 2006-10-19 | 2006-10-19 | 芳纶纤维表面改性的处理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200610150924 CN1936167A (zh) | 2006-10-19 | 2006-10-19 | 芳纶纤维表面改性的处理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1936167A true CN1936167A (zh) | 2007-03-28 |
Family
ID=37953878
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 200610150924 Pending CN1936167A (zh) | 2006-10-19 | 2006-10-19 | 芳纶纤维表面改性的处理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1936167A (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101798752A (zh) * | 2010-03-08 | 2010-08-11 | 西安交通大学 | 一种芳纶纤维表面活化的化学方法 |
| CN103938454A (zh) * | 2014-04-16 | 2014-07-23 | 鲁东大学 | 一种新型芳纶纳米涂覆材料及其制备方法 |
| CN104372603A (zh) * | 2014-10-23 | 2015-02-25 | 哈尔滨工业大学 | 一种芳纶纤维表面接枝改性方法 |
| CN104404772A (zh) * | 2014-12-06 | 2015-03-11 | 苏州大学 | 一种表面改性芳纶纤维及其制备方法 |
| CN106245328A (zh) * | 2016-07-29 | 2016-12-21 | 哈尔滨工业大学 | 一种芳纶纤维表面辐照接枝纳米聚合物粒子改性方法 |
| CN107313242A (zh) * | 2017-07-27 | 2017-11-03 | 贵州大学 | 芳纶纤维表面改性的方法及其产品的应用 |
| CN115125724A (zh) * | 2022-06-27 | 2022-09-30 | 郑州大学 | 一种芳纶1313织物抗静电改性的方法及抗静电芳纶1313织物 |
-
2006
- 2006-10-19 CN CN 200610150924 patent/CN1936167A/zh active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101798752A (zh) * | 2010-03-08 | 2010-08-11 | 西安交通大学 | 一种芳纶纤维表面活化的化学方法 |
| CN103938454A (zh) * | 2014-04-16 | 2014-07-23 | 鲁东大学 | 一种新型芳纶纳米涂覆材料及其制备方法 |
| CN104372603A (zh) * | 2014-10-23 | 2015-02-25 | 哈尔滨工业大学 | 一种芳纶纤维表面接枝改性方法 |
| CN104372603B (zh) * | 2014-10-23 | 2016-03-30 | 哈尔滨工业大学 | 一种芳纶纤维表面接枝改性方法 |
| CN104404772A (zh) * | 2014-12-06 | 2015-03-11 | 苏州大学 | 一种表面改性芳纶纤维及其制备方法 |
| CN106245328A (zh) * | 2016-07-29 | 2016-12-21 | 哈尔滨工业大学 | 一种芳纶纤维表面辐照接枝纳米聚合物粒子改性方法 |
| CN107313242A (zh) * | 2017-07-27 | 2017-11-03 | 贵州大学 | 芳纶纤维表面改性的方法及其产品的应用 |
| CN115125724A (zh) * | 2022-06-27 | 2022-09-30 | 郑州大学 | 一种芳纶1313织物抗静电改性的方法及抗静电芳纶1313织物 |
| CN115125724B (zh) * | 2022-06-27 | 2023-10-31 | 郑州大学 | 一种芳纶1313织物抗静电改性的方法及抗静电芳纶1313织物 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101205686A (zh) | 一种提高芳纶纤维/环氧树脂复合材料界面性能方法 | |
| CN1936167A (zh) | 芳纶纤维表面改性的处理方法 | |
| CN109881485B (zh) | 一种多巴胺/聚醚胺多层修饰碳纤维及其制备方法 | |
| CN101445613B (zh) | 一种聚对苯撑苯并二噁唑纤维增强可溶性聚芳醚树脂基复合材料的界面改性方法 | |
| CN108395675A (zh) | 一种单宁酸改性超高分子量聚乙烯纤维及其复合材料制备方法 | |
| CN105220503A (zh) | 一种超高分子量聚乙烯纤维表面处理的方法 | |
| CN100529245C (zh) | 一种超高分子量聚乙烯纤维表面改性的方法 | |
| CN101580594B (zh) | 介质阻挡放电等离子体技术改性芳纶复合材料界面的方法 | |
| CN104195835B (zh) | 一种超临界条件下碳纤维表面接枝聚合物的方法 | |
| CN104987532B (zh) | 一种基于超临界流体技术的碳纤维表面接枝方法 | |
| CN107177053B (zh) | 一种钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料及其制备方法 | |
| CN107761375B (zh) | 一种在碳纤维表面接枝支化分子单宁酸的方法 | |
| CN108035143B (zh) | 一种同时提高碳纤维环氧复合材料界面强度和韧性的方法 | |
| CN103992490A (zh) | 芳纶纤维与环氧复合材料的制备方法及MXene改性处理液 | |
| US20220412002A1 (en) | Bamboo structures, and methods for fabrication and use thereof | |
| CN114164647B (zh) | 一种具有多组分仿生层级结构的碳纤维、制备方法及复合材料 | |
| CN104372603A (zh) | 一种芳纶纤维表面接枝改性方法 | |
| CN106758136B (zh) | 高复合性能含苯并咪唑的芳香族聚合物纤维及其制备方法 | |
| CN106120330A (zh) | 一种硅烷偶联剂改性芳纶纤维的方法 | |
| Wang et al. | Interfacial reinforced carbon fiber composites inspired by biological interlocking structure | |
| CN1206273C (zh) | 稀土改性玻璃纤维/聚丙烯复合材料制备方法 | |
| CN106120304B (zh) | 一种聚酰亚胺纤维表面活化的连续化处理方法 | |
| CN104448711A (zh) | 一种环氧树脂/碳纤维/埃洛石纳米管复合材料及其制备方法 | |
| CN108070223B (zh) | 一种基于温度处理碳纤维提高树脂基复合材料界面粘结性能的方法 | |
| CN111393689B (zh) | 具有高抗冲击韧性的cf/pps复合材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |