專利名稱：：一種芳綸iii的表面處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種表面處理方法，更具體地說，本發(fā)明涉及一種芳綸III的表面處理方法。
背景技術(shù)：
：芳綸作為一種高強(qiáng)高模有機(jī)纖維，由于其出色的綜合性能使其在很多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。芳綸III是一種改性芳綸，其分子鏈中含有雜環(huán)結(jié)構(gòu)，因此也叫雜環(huán)芳綸。雜環(huán)芳綸具有比對位芳綸(芳綸1414)還要好的機(jī)械性能，如俄羅斯雜環(huán)芳綸Apmoc的拉伸強(qiáng)度和拉伸模量分別比美國杜邦公司生產(chǎn)的對位芳綸Kevlar-49高出38%和20%。因此，雜環(huán)芳綸正逐漸成為航空航天、軍工的優(yōu)選結(jié)構(gòu)材料，其纏繞增強(qiáng)環(huán)氧復(fù)合材料是固體火箭發(fā)動機(jī)外殼、高壓氣瓶等的理想材料，具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐高溫等性能。雖然芳綸III以其高比強(qiáng)度、高比模量以及優(yōu)良的耐熱性能和耐化學(xué)腐蝕等特點(diǎn)而廣泛的應(yīng)用于航天和軍事領(lǐng)域，但通過對其表面分析發(fā)現(xiàn)其表面極性基團(tuán)含量較低，使纖維表面與樹脂基體之間的浸潤性較差，導(dǎo)致芳綸III/環(huán)氧復(fù)合材料的界面剪切性能較低。實(shí)驗(yàn)測得芳綸III纖維/環(huán)氧復(fù)合材料的N0L環(huán)的短梁剪切強(qiáng)度比玻璃纖維、碳纖維環(huán)氧復(fù)合材料低20%_40%，大大地影響了芳綸III纖維的應(yīng)用，因此有必要對芳綸III纖維進(jìn)行表面改性，提高其與樹脂的界面粘結(jié)性能。中藍(lán)晨光化工研究院經(jīng)過近年來的研究和開發(fā)，成功研制出性能穩(wěn)定的芳綸III纖維，產(chǎn)品具有和俄羅斯Apmoc纖維相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)和性能，具有高達(dá)28-31cN/dtex的拉伸強(qiáng)度和1050-1170cN/dtex的楊氏模量，使我國在芳綸III纖維的研制方面已接近世界先進(jìn)水平，但是芳綸III的應(yīng)用還處于開發(fā)階段，芳綸III和環(huán)氧樹脂的復(fù)合材料性能還較俄羅斯Apmoc/環(huán)氧復(fù)合材料低很多，如采用相同工藝狀態(tài)的小200mm標(biāo)準(zhǔn)外載荷實(shí)驗(yàn)中，國產(chǎn)芳綸III纖維容器的軸壓承載能力和外壓承載能力分別比Apmoc纖維容器低18%和15%。因此采用表面改性技術(shù)提高國產(chǎn)芳綸III表面的浸潤性，從而提高芳綸III和環(huán)氧樹脂的界面粘結(jié)性能，進(jìn)而提高芳綸III/環(huán)氧復(fù)合材料的性能，對于實(shí)現(xiàn)軍工關(guān)鍵產(chǎn)品的國產(chǎn)化具有重要的戰(zhàn)略意義。目前，芳綸纖維表面改性的研究主要針對美國杜邦公司的Kevlar系列纖維和俄羅斯Apmoc雜環(huán)纖維，國產(chǎn)芳綸的表面改性研究較少。所采用的方法主要有表面涂層法、化學(xué)改性法和物理改性法?；瘜W(xué)改性法包括表面刻蝕、表面接枝等，物理改性法包括等離子體處理法、Y射線輻射法和超聲浸漬法等。等離子體處理技術(shù)是目前進(jìn)行芳綸表面改性技術(shù)中研究最多的一種方法，采用等離子體處理進(jìn)行纖維表面改性技術(shù)雖具有簡便實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)，但處理效果會隨時(shí)間而衰減，不能久貯；其它物理方法具有不易在線連續(xù)且絲線強(qiáng)度易損失等缺點(diǎn)；現(xiàn)有的化學(xué)方法雖然易于實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)處理，但是所采用的表面處理劑大多配制繁雜且處理效果不明顯。
發(fā)明內(nèi)容為克服現(xiàn)有芳綸III表面處理方法存在的上述缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明提供一種在線連續(xù)表面處理方法，通過實(shí)施本發(fā)明的方法能夠提高芳綸III的柔軟度，改善手感，減少后序操作過程中由于彎折等因素造成的強(qiáng)度損失，更重要的是能夠提高芳綸III纖維的表面極性，從而提高芳綸III/環(huán)氧復(fù)合材料的界面粘結(jié)性能，進(jìn)而提高芳綸III/環(huán)氧復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度。為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下—種芳綸III的表面處理方法，其特征在于包含下列步驟表面處理劑的配制、表面處理、干燥。上述表面處理劑的配制是將低分子量脂肪族二異氰酸酯或二醇類二縮水甘油醚中的一種或一種以上的物質(zhì)加入到有機(jī)溶劑中，形成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5_5%的均勻溶液。上述表面處理是將芳綸III絲束連續(xù)通過一底部有噴孔的U型小槽，噴孔中有連續(xù)恒壓的上一步配制的表面處理劑噴出，并浸沒芳綸。上述干燥是將通過表面處理劑后的絲束進(jìn)行干燥處理。所述低分子量二異氰酸酯為1，4_丁二異氰酸酯或1，6-己二異氰酸酯。所述二醇類二縮水甘油醚為乙二醇二縮水甘油醚、丙二醇二縮水甘油醚、l，4-丁二醇二縮水甘油醚、分子量低于600的聚乙二醇二縮水甘油醚或分子量低于600的聚丙二醇二縮水甘油醚。所述有機(jī)溶劑為正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、正戊醇、異戊醇、新戊醇或環(huán)戊醇中的一種。所述芳綸III絲束連續(xù)通過一底部有噴孔的U型小槽的速度控制在7-20m/min。所述干燥處理采用熱滾筒接觸干燥和鼓風(fēng)干燥并用方式進(jìn)行干燥，干燥設(shè)備上部有溶劑回收裝置。所述的干燥處理溫度為70-160°C，時(shí)間為0.5-5min。本發(fā)明帶來的有益技術(shù)效果1、提高芳綸ni的柔軟度，改善手感，減少后序操作過程中由于彎折等因素造成的強(qiáng)度損失。2、能夠提高芳綸III纖維的表面極性，從而提高芳綸111/環(huán)氧復(fù)合材料的界面粘結(jié)性能，進(jìn)而提高芳綸III/環(huán)氧復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度，達(dá)到45-55Mpa。3、表面處理劑配制簡便，操作簡單，容易實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)處理。4、性能不衰減，處理過的芳綸放置較長一段時(shí)間后，制成的芳綸III/環(huán)氧樹脂和剛處理過的芳綸III/環(huán)氧樹脂具有相同的剪切強(qiáng)度。5、安全，溶劑可以回收使用。具體實(shí)施例方式實(shí)施例1芳綸III的表面處理A、表面處理劑的配制將30克1，4_丁二異氰酸酯加入到1000克的異丙醇中，形成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.9%的1，4_丁二異氰酸酯的異丙醇溶液，攪拌均勻。4B、表面處理將芳綸III絲束以10m/min的速度連續(xù)通過一底部有噴孔的U型小槽，噴孔中有連續(xù)恒壓的步驟A所述的表面處理劑噴出，并浸沒芳綸。C、干燥將通過表面處理劑后的絲束采用熱滾筒接觸干燥和鼓風(fēng)干燥并用方式進(jìn)行干燥，干燥溫度90°C，時(shí)間3分鐘。實(shí)施例2芳綸III的表面處理A、表面處理劑的配制將30克1，6-己二異氰酸酯加入到1000克的異丙醇中，形成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.9%的1，6-己二異氰酸酯的異丙醇溶液，攪拌均勻。B、表面處理將芳綸III絲束以10m/min的速度連續(xù)通過一底部有噴孔的U型小槽，噴孔中有連續(xù)恒壓的步驟A所述的表面處理劑噴出，并浸沒芳綸。C、干燥將通過表面處理劑后的絲束采用熱滾筒接觸干燥和鼓風(fēng)干燥并用方式進(jìn)行干燥，干燥溫度90°C，時(shí)間3分鐘。實(shí)施例3芳綸III的表面處理A、表面處理劑的配制將22克1，4_丁二醇二縮水甘油醚加入到978克的異丙醇中，形成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.2%的1，4-丁二醇二縮水甘油醚的異丙醇溶液，攪拌均勻。B、表面處理將芳綸III絲束以10m/min的速度連續(xù)通過一底部有噴孔的U型小槽，噴孔中有連續(xù)恒壓的步驟A所述的表面處理劑噴出，并浸沒芳綸。C、干燥將通過表面處理劑后的絲束采用熱滾筒接觸干燥和鼓風(fēng)干燥并用方式進(jìn)行干燥，干燥溫度95°C，時(shí)間3分鐘。實(shí)施例4芳綸III的表面處理A、表面處理劑的配制將20克乙二醇二縮水甘油醚加入到1030克的正丁醇中，形成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.9%的乙二醇二縮水甘油醚的正丁醇溶液，攪拌均勻。B、表面處理將芳綸III絲束以7m/min的速度連續(xù)通過一底部有噴孔的U型小槽，噴孔中有連續(xù)恒壓的步驟A所述的表面處理劑噴出，并浸沒芳綸。C、干燥將通過表面處理劑后的絲束采用熱滾筒接觸干燥和鼓風(fēng)干燥并用方式進(jìn)行干燥，干燥溫度120°C，時(shí)間4分鐘。實(shí)施例5芳綸III的表面處理A、表面處理劑的配制將50克的聚乙二醇400二縮水甘油醚加入到950克的正丁醇中，形成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.0%的聚乙二醇400二縮水甘油醚的正丁醇溶液，攪拌均勻。B、表面處理將芳綸III絲束以10m/min的速度連續(xù)通過一底部有噴孔的U型小槽，噴孔中有連續(xù)恒壓的步驟A所述的表面處理劑噴出，并浸沒芳綸。C、干燥將通過表面處理劑后的絲束采用熱滾筒接觸干燥和鼓風(fēng)干燥并用方式進(jìn)行干燥，干燥溫度IO(TC，時(shí)間3分鐘。實(shí)施例6芳綸III的表面處理A、表面處理劑的配制將50克的丙二醇二縮水甘油醚加入到950克的異丁醇中，形成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.0%的丙二醇二縮水甘油醚的異丁醇溶液，攪拌均勻。B、表面處理將芳綸III絲束以15m/min的速度連續(xù)通過一底部有噴孔的U型小槽，噴孔中有連續(xù)恒壓的步驟A所述的表面處理劑噴出，并浸沒芳綸。C、干燥將通過表面處理劑后的絲束采用熱滾筒接觸干燥和鼓風(fēng)干燥并用方式進(jìn)行干燥，干燥溫度120°C，時(shí)間3分鐘.實(shí)施例7芳綸III的表面處理A、表面處理劑的配制將30克的聚乙二醇600二縮水甘油醚加入到970克的異戊醇中，形成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%的聚乙二醇600二縮水甘油醚的異戊醇溶液，攪拌均勻。B、表面處理將芳綸III絲束以10m/min的速度連續(xù)通過一底部有噴孔的U型小槽，噴孔中有連續(xù)恒壓的步驟A所述的表面處理劑噴出，并浸沒芳綸。C、干燥將通過表面處理劑后的絲束采用熱滾筒接觸干燥和鼓風(fēng)干燥并用方式進(jìn)行干燥，干燥溫度130°C，時(shí)間3分鐘。實(shí)施例8未經(jīng)表面處理的芳綸ni/環(huán)氧復(fù)合材料的剪切強(qiáng)度和經(jīng)表面處理的芳綸ni/環(huán)氧復(fù)合材料(實(shí)施例1-7)的剪切強(qiáng)度的對比如下<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求一種芳綸III的表面處理方法，其特征在于包含下列步驟表面處理劑的配制、表面處理、干燥。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種芳綸III的表面處理方法，其特征在于所述表面處理劑的配制是將低分子量脂肪族二異氰酸酯或二醇類二縮水甘油醚中的一種或一種以上的物質(zhì)加入到有機(jī)溶劑中，形成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5_5%的均勻溶液。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種芳綸III的表面處理方法，其特征在于所述表面處理是將芳綸III絲束連續(xù)通過一底部有噴孔的U型小槽，噴孔中有連續(xù)恒壓的上一步配制的表面處理劑噴出，并浸沒芳綸。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種芳綸III的表面處理方法，其特征在于所述干燥是將通過表面處理劑后的絲束進(jìn)行干燥處理。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種芳綸III的表面處理方法，其特征在于所述低分子量二異氰酸酯為1，4-丁二異氰酸酯或1，6-己二異氰酸酯。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種芳綸III的表面處理方法，其特征在于所述二醇類二縮水甘油醚為乙二醇二縮水甘油醚、丙二醇二縮水甘油醚、l，4-丁二醇二縮水甘油醚、分子量低于600的聚乙二醇二縮水甘油醚或分子量低于600的聚丙二醇二縮水甘油醚。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種芳綸III的表面處理方法，其特征在于所述有機(jī)溶劑為正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、正戊醇、異戊醇、新戊醇或環(huán)戊醇中的一種。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種芳綸ni的表面處理方法，其特征在于所述芳綸III絲束連續(xù)通過一底部有噴孔的U型小槽的速度控制在7-20m/min。9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種芳綸III的表面處理方法，其特征在于所述干燥處理采用熱滾筒接觸干燥和鼓風(fēng)干燥并用方式進(jìn)行干燥，干燥設(shè)備上部有溶劑回收裝置。10.根據(jù)權(quán)利要求4或9所述的一種芳綸ni的表面處理方法，其特征在于所述的干燥處理溫度為70-160°C，時(shí)間為0.5-5min。全文摘要本發(fā)明提供一種芳綸III的表面處理方法，包括表面處理劑的配制、表面處理、干燥等步驟。本發(fā)明提供的方法能夠提高芳綸III的柔軟度，改善手感，減少后序操作過程中由于彎折等因素造成的強(qiáng)度損失，更重要的是能夠提高芳綸III纖維的表面極性，從而提高芳綸III/環(huán)氧復(fù)合材料的界面粘結(jié)性能，進(jìn)而提高芳綸III/環(huán)氧復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度，達(dá)到45-55Mpa。而且該方法操作簡單，安全，溶劑可以回收使用，容易實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)處理；性能不衰減，處理過的芳綸放置較長一段時(shí)間后，制成的芳綸III/環(huán)氧樹脂和剛處理過的芳綸III/環(huán)氧樹脂具有相同的剪切強(qiáng)度。文檔編號D06M13/11GK101787647SQ201010108510公開日2010年7月28日申請日期2010年2月10日優(yōu)先權(quán)日2010年2月10日發(fā)明者彭開云,彭濤,王鳳德,陳超峰申請人:中藍(lán)晨光化工研究院有限公司