[發明專利]一種表面含氟的芳綸III纖維及其制備方法

在審

• 申請號: 201010108492.8
• 申請日: 2010-02-10
• 公開（公告）號: CN101798748A
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發明（設計）人: 劉向陽;丁剛元
• 申請（專利權）人: 成都百塑高分子科技有限公司;四川大學
• 主分類號: D06M11/09
• 分類號: D06M11/09;D01F6/80;D06M101/36
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司 51202
• 代理人: 唐麗蓉;樂全全

技術領域

本發明屬于芳綸III纖維及其制備技術領域，具體涉及一種表面含氟芳綸III纖維及 其制備方法。

背景技術

由于纖維增強的樹脂基復合材料一體化設計制造的飛行器部件比采用傳統的金屬 材料和方式制造的飛行器部件不僅可減輕重量20-30％，且使用和維修成本也比金屬材 料降低15-25％，因而在航空航天領域得到了廣泛的應用。據了解，目前樹脂基復合材 料在飛行器中的用量已達其結構重量的50％以上。

雖然復合材料由于其質輕而在航空航天領域得到了廣泛應用，但其力學性能還不 能完全滿足航空航天領域使用的要求。而影響纖維增強的樹脂基復合材料力學性能原 因主要有兩個方面：一是纖維本身的力學性能還不夠高；二是纖維與基體樹脂的界面 相互作用不強。而纖維與基體樹脂的界面相互作用不強，又主要與纖維表面活性有關。 因而，當纖維化學結構一定的情況下，如要提高復合材料的性能，比如復合材料的力 學強度，層間剪切強度等，就需要提高纖維表面的活性，以改善纖維表面與樹脂界面 的相互作用力。

芳綸III纖維作為一種高強度高模量纖維，目前已成為制備航空航天先進復合材料 的增強介質。它具體是由對苯二胺、對苯二甲酰氯及5(6)-胺基-2-(4-胺基苯 基)苯并咪唑三種單體為原料，以二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮為溶劑經低溫共聚 得到原液，再經過濾、脫泡、紡絲、熱處理等紡絲工藝得到拉伸強度大于4.5GPa的芳 綸III纖維。當以該纖維為增強介質、環氧樹脂為基體樹脂制備得到的復合材料的層間 剪切強度雖在35MPa左右，且其環氧樹脂浸膠絲的拉伸強度也在4.5GPa左右，拉伸 模量也為120-135GPa，但這些力學性能還不能滿足航空航天技術發展對該類復合材 料力學性能更高的技術要求。

目前改善纖維表面活性，提高其表面與基體樹脂界面相互作用力的主要方法包括： 電暈法，等離子體方法，堿或酸等化學處理法等，但這些處理方法都存在這樣或那樣 明顯的不足。如用電暈法和等離子體方法處理后的芳綸III纖維的表面活性衰減較快， 活性穩定性不夠；用堿或酸等化學方法處理后常會對纖維本身力學性能影響較大，且 不適于大規模的快速表面處理。并且這些方法處理后的芳綸III纖維，對樹脂基復合材 料的增強效果并不理想。

直接表面氟化處理技術是近年來快速發展起來的一種有效的表面改性方法，它是 利用高反應活性的氟氣作為氟化試劑對高聚物進行表面改性，且其制備的表面氟化聚 合物材料具有成本低，只在表面形成納米層，不影響聚合材料本體的力學性能等優點。 目前主要用于對聚烯烴類聚合物進行表面處理，以提高聚烯烴類容器的阻隔性能。另 外也可用于對聚烯烴等材料表面進行活化處理，以提高其表面的可粘接性能。如專利 US72255561、US2006118988、CN1717438A公開了氧氟化表面處理的方法。這些方法 主要采用含氧和水蒸汽的氟氣混合氣對材料表面進行處理。雖然經氧氟化處理的材料 表面，其表面活性和剪切粘接強度明顯提高，但由于其氟化混合氣中含有氧氣，因而 明顯降低了氟化速率。同時由于其氟化混合氣還含有水蒸汽，因而在氟化過程中產生 的氟化氫與水結合會對氟化設備造成嚴重腐蝕。

發明內容

本發明的首要目的是針對現有技術的不足而提供的一種表面含氟的芳綸III纖維。

本發明的另一目的是提供一種制備上述表面含氟芳綸III纖維的方法。

本發明提供的表面含氟的芳綸III纖維，其特征在于該纖維的表面含有碳-氟共價鍵 結構和羧、羥基基團，其全反射衰減紅外光譜圖在1100～1300cm^-1為碳-氟共價鍵的吸 收峰；2800cm^-1～3500cm^-1之間的寬峰以及1734cm^-1附近峰為羥基和羧基基團的吸收 峰，在X射線光電子能譜圖的698eV結合能處有氟元素能譜峰，其表面與水的接觸角 為60-82度，采用該纖維制備的復合材料層間剪切強度為47.3-55MPa，浸膠絲拉伸強 度為4.6-5.4GPa，拉伸模量為145-168GPa。