[發明專利]一種表面改性高強高模聚酰亞胺纖維的方法及其應用

有效

• 申請號: 201410172072.4
• 申請日: 2014-04-25
• 公開（公告）號: CN103966833A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 武德珍;孫旭陽;牛鴻慶;劉威威;田國峰;齊勝利
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: D06M10/00
• 分類號: D06M10/00;C08L63/00;C08L79/08;C08J5/06;D06M101/30
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明屬于高性能纖維表面改性及其應用技術領域，具體涉及一種等離子體改性高強高模聚酰亞胺纖維表面的方法及其在制備復合材料中的應用。

背景技術

隨著科技的飛速發展，航空航天、軍工國防等尖端領域對材料的性能提出越來越高的要求，傳統的單一材料已經不能很好的滿足其使用需要。在此背景下，高性能纖維增強樹脂復合材料以其高強度、低密度、低介電、耐腐蝕、耐高溫、耐低溫等眾多優勢而迅猛發展。

目前常用作復合材料增強體的高性能纖維主要有碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、PBO纖維等。而高強高模聚酰亞胺纖維作為高性能纖維家族的一員，除具有高強度、高模量、耐高溫、耐腐蝕等特點外，還具有其他纖維所無法比擬的抗輻照性能和極為突出的耐低溫性能。這些優勢決定了高強高模聚酰亞胺纖維能夠在極端的環境下工作，擁有極為廣闊的應用前景。但未經過表面處理的高強高模聚酰亞胺纖維表面十分光滑且表面自由能很低，使得其與樹脂的浸潤性能很差，這無疑限制了它的應用范圍。

纖維表面改性的方法很多，包括酸處理、堿處理、表面涂覆處理、輻射處理、等離子體處理等。其中等離子體處理作為一種干式工藝，具有操作簡單、節能環保、效果顯著、所需時間短、對纖維損傷程度低、不需要后處理等優勢。由于目前還未有商品化的高強高模聚酰亞胺纖維，所以國內外鮮有其表面改性的相關報導。基于此，本發明提供了一種等離子體改性高強高模聚酰亞胺纖維表面的方法及其應用。

發明內容

基于以上背景技術內容，本發明的目的在于公開一種等離子體改性高強高模聚酰亞胺纖維表面的方法，使纖維表面粗糙度和浸潤性能得到改善，從而提高其與樹脂制備復合材料的界面性能。

本發明公開的一種等離子體改性高強高模聚酰亞胺纖維表面的方法，具體步驟如下：

(1)將高強高模聚酰亞胺纖維置于射頻電感耦合等離子清洗機體腔體中，用真空泵將腔體氣壓抽至5Pa以下。

(2)向步驟(1)中的腔體通入處理氣體并調節放電氣壓、設置放電功率和處理時間，使腔體中的高強高模聚酰亞胺纖維直接暴露在等離子體中，從而對其表面進行改性處理。

(3)將步驟(2)中處理好的纖維取出并用保鮮膜封好，備用。

本發明中，步驟(2)中所述的處理氣體包括氧氣、氮氣、氬氣、氦氣中的至少一種

本發明中，步驟(2)中所述的處理氣體以1～500SCCM的流量通入，優選5～300SCCM。

本發明中，步驟(2)中所述的等離子體放電氣壓為5～500Pa，優選氣壓為10～200Pa。

本發明中，步驟(2)中所述的等離子體的放電功率為10～1000W，優選功率為50～500W。

本發明中，步驟(2)中所述的高強高模聚酰亞胺纖維在等離子體中的處理時間為5～1800s，優選時間為30～1200s。

本發明在保證纖維的機械強度下降小于5％的情況下，有效的改善了纖維的浸潤性能，纖維的表面自由能提高了20％～70％。改性后的纖維可應用于與環氧樹脂制備復合材料，該復合材料的層間剪切強度相對于未經過處理的纖維制備的復材提高了5～40％。

本發明具有以下的目的及效果：

1.本發明提供了一種有效的改善聚酰亞胺纖維表面性能的方法—等離子體法。

2.本發明可通過調整處理氣體、氣體流量、放電氣壓、放電功率以及處理時間來優化纖維表面的改性效果。

3.本發明提供的等離子體改性高強高模聚酰亞胺纖維表面的方法操作簡單、效果明顯、效率高且無需后處理。

4.本發明所提供的方法處理過的聚酰亞胺纖維可與環氧樹脂制備復合材料，其界面性能相對于未處理者得到顯著改善。

附圖說明

圖1是未處理聚酰亞胺纖維表面SEM照片。

圖2是實施例1中處理后的纖維表面SEM照片。

圖3是未處理纖維制備復合材料的劈裂面SEM照片。

圖4是實施例1中處理后纖維制備復合材料的劈裂面SEM照片。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明作進一步闡述，但以下實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，同行業的工作者通過簡單的替換處理氣體或樹脂基體所獲得的實施例皆落于本專利的保護范圍。實施例中所用纖維的制備方法參見CN102345177A。

實施例1：