[發(fā)明專利]一種作為復合材料增強體的高性能聚酰亞胺纖維表面改性方法

無效

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• 申請日: 2014-05-07
• 公開（公告）號: CN103938439A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發(fā)明（設計）人: 武德珍;陳彬彬;牛鴻慶;田國峰;齊勝利;吳戰(zhàn)鵬
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: D06M13/262
• 分類號: D06M13/262;D06M15/53;D06M11/38;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: 劉萍

技術領域

本發(fā)明屬于聚酰亞胺纖維表面改性技術領域，具體涉及作為復合材料增強體的高性能聚酰亞胺纖維的表面化學改性。

背景技術

聚酰亞胺纖維(polyimide?fiber，簡稱PI纖維)屬于有機合成纖維的一種，大分子主鏈上含有酰亞胺的結構。聚酰亞胺纖維具有優(yōu)異的耐高低溫性能、高強度、高模量、耐輻射、高抗蠕變性、高尺寸穩(wěn)定性、低熱膨脹系數(shù)、高電絕緣性、低介電常數(shù)與介電損耗、耐腐蝕等優(yōu)點，同時還具有真空揮發(fā)份低、揮發(fā)可凝物少等空間材料的特點。

商品化的PI纖維P84屬于耐熱型聚酰亞胺纖維，力學性能一般，主要應用高溫除塵領域。目前高性能聚酰亞胺纖維拉伸強度可大于2.0GPa，具體紡絲技術如CN101922061和CN102345177A等所述。此類高性能聚酰亞胺纖維可作為先進復合材料的增強體。目前在復合材料領域應用廣泛的高性能有機纖維為芳綸纖維(PPTA)和聚對苯撐苯并雙噁唑纖維(PBO)。由于有機纖維表面能低，影響與樹脂之間的充分浸潤，進而影響與樹脂基體的粘結性能，不能充分發(fā)揮纖維的高強高模特性，因此有很多針對有機纖維表面處理的研究。

目前專利和文獻涉及的高性能有機纖維表面處理方法包括化學法、涂覆法和高能物理法。化學法包括偶聯(lián)劑法，刻蝕法，接枝法，稀土處理法和氟化法。高能物理法包括紫外輻照，等離子體，高能輻照和超聲波等。這些表面處理方法已做的研究是針對芳綸纖維(Kevlar、Twaron、Armos等)，PBO纖維和超高分子量聚乙烯纖維等。目前沒有對高性能聚酰亞胺纖維進行表面處理，以提高聚酰亞胺纖維增強樹脂復合材料性能的專利發(fā)表。雖然聚酰亞胺纖維與芳綸纖維同屬于聚芳香族高性能有機纖維，但是聚酰亞胺纖維主鏈上是酰亞胺結構，芳綸纖維主鏈上是酰胺結構，酰亞胺和酰胺結構的反應性能不一樣，纖維的耐酸堿性能存在差異。因此針對芳綸纖維的化學改性方法也不適應于聚酰亞胺纖維，如CN101407995A中提到的芳綸纖維的表面改性方法，先水解再用界面聚合接枝。其中的水解時間長達4至9小時，不利于實際生產操作，且其水解條件不適應于高性能聚酰亞胺纖維。

發(fā)明內容

針對上述作為復合材料增強體的高性能聚酰亞胺纖維表面處理的技術空白，本發(fā)明的目的是提供一種高性能聚酰亞胺纖維的表面處理方法，使聚酰亞胺纖維表面開環(huán)水解，提高纖維的表面能和表面極性。

本發(fā)明的另一目的是通過改變聚酰亞胺纖維的表面化學和物理狀態(tài)來，提高與樹脂的浸潤性和界面作用力，從而提高聚酰亞胺纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料的性能。

本發(fā)明的另一目的是找到合適的水解條件，使聚酰亞胺纖維表面性能提升的同時，一方面能夠維持纖維95％以上的力學強度，另一方面縮短表面處理時間，以滿足將來纖維生產過程中在線處理的要求。

為達到本發(fā)明的目的，本發(fā)明人根據(jù)聚酰亞胺纖維耐酸性很好，而亞胺環(huán)在一定條件下可以實現(xiàn)堿性水解的特性，選用堿液刻蝕的表面處理方式，并輔助表面活性劑和超聲處理。具體使用的技術方案如下：

一種作為復合材料增強體的高性能聚酰亞胺纖維表面改性方法，包括具體步驟包括：

(1)堿性處理液的配置：將氫氧化鈉或者氫氧化鉀溶解于水或者乙醇或者兩者的混合液中，在溶液中添加表面活性劑。堿液中氫氧化鈉或者氫氧化鉀在溶劑中的質量分數(shù)為10％至30％，

(2)聚酰亞胺纖維的堿性水解：將纖維在20℃至80℃的堿液中浸泡0.5min至30min后立即取出；

(3)水解后的纖維水洗至中性，或者先水洗再用酸中和，再用水洗至中性。

(4)干燥處理。

進一步，聚酰亞胺纖維為高性能聚酰亞胺纖維即拉伸強度大于2.0GPa，包括二元共聚或多元共聚型聚酰亞胺纖維。

進一步，堿液中氫氧化鈉或者氫氧化鉀在溶劑中的質量分數(shù)為為10％至20％。

進一步，表面活性劑為十二烷基硫酸鈉，聚乙二醇和聚氧乙烯烷基酚醚中的一種。

進一步，表面活性劑在溶液中的濃度為0.01g/L至10g/L。

進一步，纖維在堿液中處理的溫度為為30℃至60℃。

進一步，纖維在堿液中處理的時間為1min至10min。

進一步，纖維在堿液中水解處理時施加超聲輔助處理。

進一步，中和殘留堿液用的酸用硫酸，鹽酸、磷酸或醋酸來配置。

所述的堿液中添加劑為常用的表面活性劑，如十二烷基硫酸鈉，聚乙二醇和聚氧乙烯烷基酚醚中的一種，添加量為0.1g/L至5g/L，表面活性劑有利于堿液對纖維束內部的滲透。