[發(fā)明專利]一種PBO纖維的表面改性方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210237549.3
• 申請日: 2012-07-10
• 公開（公告）號: CN102808325A
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顏紅俠;張梓軍;劉超;唐玉生;梁國正
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: D06M13/513
• 分類號: D06M13/513;D06M11/50;D06M16/00;C12S11/00;D06M101/30
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高分子纖維表面改性領(lǐng)域，涉及一種對聚對苯撐苯并雙噁唑（PBO）纖維的表面改性方法。?

背景技術(shù)

PBO纖維是由PBO經(jīng)過液晶紡絲技術(shù)制得的高性能芳雜環(huán)纖維，它的拉伸強(qiáng)度和彈性模量約為芳綸纖維的兩倍,并且其作為直鏈型高分子,被認(rèn)為具有極限彈性模量。剛直性分子鏈還賦予PBO纖維優(yōu)異的耐熱性,其耐熱溫度比芳綸纖維的高100℃,是目前綜合性能最優(yōu)異的一種有機(jī)纖維。因此,PBO纖維被用于航空航天用及民用先進(jìn)復(fù)合材料的增強(qiáng)材料。PBO纖維有超級纖維之稱，其主要特點(diǎn)是強(qiáng)度高、模量高、質(zhì)輕、回潮低、耐高溫，且耐沖擊性、耐摩擦性和尺寸穩(wěn)定性均很優(yōu)異。自20世紀(jì)50年代美國道化學(xué)公司研制出PBO纖維以來，由于優(yōu)異的性能而備受關(guān)注，其高強(qiáng)度、高模量和僅2.1的介電常數(shù)，注定了其在航空、航天領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)作為透波復(fù)合材料的增強(qiáng)纖維具有廣泛的應(yīng)用。?

PBO纖維的結(jié)構(gòu)如下：?

由于PBO分子規(guī)則有序的取向結(jié)構(gòu)使得纖維表面非常光滑，分子鏈之間缺少橫向連接，且分子鏈上的極性雜原子絕大部包裹分在纖維內(nèi)部，纖維表面極性也很小。纖維表面光滑且活性低，不易與樹脂浸潤，致使纖維與樹脂基體之間的界面粘結(jié)差，界面剪切強(qiáng)度低。差的界面粘結(jié)不能較好地進(jìn)行力的傳遞從而影響復(fù)合材料的綜合性能,進(jìn)而制約了PBO纖維在先進(jìn)復(fù)合材料領(lǐng)域中的應(yīng)用。?

目前，PBO纖維的界面改性有很多不同的處理方法,歸納起來主要有:化學(xué)法、?共聚法、偶聯(lián)劑法、等離子體法、輻射法、電暈法、原位聚合法及酶處理等方法。各種PBO纖維界面處理的方法既應(yīng)保證不過多損失PBO纖維的機(jī)械強(qiáng)度,也要保證纖維與樹脂復(fù)合后機(jī)械性能的增強(qiáng)。化學(xué)處理法會使纖維的強(qiáng)度下降、且存在環(huán)境污染；經(jīng)等離子體處理后,雖然PBO纖維與樹脂的界面剪切強(qiáng)度有所提高,但是PBO纖維的強(qiáng)度略有下降;電暈處理方法對樹脂基體與纖維之間界面性能的改善不明顯。偶聯(lián)劑法在一定程度上改善了兩者界面相的結(jié)合力，但是應(yīng)用于高溫下的PBO纖維對偶聯(lián)劑的耐熱性能提出了更高的要求。輻射處理會加快PBO復(fù)合材料的老化。?

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題?

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種PBO纖維的表面改性方法，在其表面引入不同的活性官能團(tuán)，以適應(yīng)不同熱固性樹脂的需要，增強(qiáng)PBO與樹脂界面結(jié)合強(qiáng)度。?

技術(shù)方案?

一種PBO纖維的表面改性方法，其特征在于步驟如下：?

步驟1：在體積比為2:1的磷酸鹽緩沖液和二氧六環(huán)混合液中加入PBO纖維和辣根過氧化酶，通入氮?dú)猓曊袷帲扛?min向體系中滴入4wt.%雙氧水的水溶液共1~50mL，滴加完畢，反應(yīng)2h，取出PBO纖維，用蒸餾水洗凈，干燥，在PBO纖維表面引入羥基；其中PBO纖維的加入量為混合液的10~100分之一，辣根過氧化酶的加入量為PBO纖維的100~1000分之一；?

步驟2：將偶聯(lián)劑溶解在丙酮中，控制濃度在1.0-5.0%，調(diào)PH值3~6,將步驟處理過的PBO纖維放入且在常溫下浸泡1~48小時，采用蒸餾水洗滌、干燥，得到表面改性的PBO纖維。?

所述偶聯(lián)劑為γ―(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基?三甲氧基硅烷、γ―氨丙基三乙氧基硅烷、γ―氨丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷中的任意一種。?

有益效果?

本發(fā)明提出的一種PBO纖維的表面改性方法，采用二次活化法對PBO纖維進(jìn)行改性，以降低對纖維的損傷并提高改性效果。即首先利用雙氧水和酶對PBO進(jìn)行預(yù)處理，在其表面引入活性羥基，再與偶聯(lián)劑縮合，在其表面引入不同的活性官能團(tuán)，以適應(yīng)不同熱固性樹脂的需要，達(dá)到改善纖維與樹脂間的界面結(jié)合性能的目的。?

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為：將PBO纖維表面先雙氧水的稀溶液處理，并輔以酶的氧化作用和超聲的空化作用，使反應(yīng)活性增強(qiáng)，反應(yīng)時間縮短，且纖維處理的效果更均勻。?

附圖說明

圖1為本發(fā)明的工藝流程圖?

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述：?

PBO纖維由于表面光滑，不易于樹脂粘連。因此，要制備具有良好性能的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，關(guān)鍵是要在纖維表面引入能與樹脂反應(yīng)的活性基團(tuán)。?

首先對PBO纖維表面進(jìn)行一次活化。即利用雙氧水的氧化作用，在辣根過氧化酶的催化以及超聲波空化作用下，在PBO纖維引入活性羥基，再與偶聯(lián)劑縮合，對PBO纖維進(jìn)行二次活化，在其表面引入不同的活性官能團(tuán)。?