[發明專利]表面改性芳綸及表面改性方法和應用

有效

• 申請號: 201710974855.8
• 申請日: 2017-10-19
• 公開（公告）號: CN109680478B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 張藕生;王洪學;余榮祿;姚斌;王芳
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院
• 主分類號: D06M10/02
• 分類號: D06M10/02;D06M15/55;D06M101/36
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本發明涉及一種表面改性芳綸及表面改性方法和應用，主要解決了芳綸與環氧樹脂界面剪切強度低以及等離子處理芳綸表面容易失活的技術問題。本發明通過一種表面改性芳綸，包括芳綸和表面處理劑，其特征在于，所述表面處理劑為含氮雜環結構的環氧樹脂，所述表面處理劑在表面改性芳綸中的含量為0.2wt％～5wt％；其中，所述芳綸在表面處理劑處理前先進行等離子表面處理的技術方案，較好地解決了該問題，可用于表面改性芳綸的工業生產中。

技術領域

本發明屬于纖維表面改性領域，具體涉及一種表面改性芳綸及其表面改性方法和應用。

背景技術

芳綸全稱芳香族聚酰胺纖維，是目前世界公認的三大高性能合成纖維之一，已廣泛應用在國防軍工、航天航空、軌道交通、安全防護、環境保護和電子信息等眾多領域。芳綸按聚合物結構可分為間位芳綸和對位芳綸。其中，間位芳綸主要是以功能性纖維形式用作高溫過濾材料、阻燃材料和電絕緣材料等，而對位芳綸則由于大分子鏈結構高度對稱，具有更高的強度、模量、耐熱性和尺寸穩定性，主要用作增強材料，如光纜電纜補強、輪胎簾子線、高端防護材料、復合材料等。

芳綸用于復合材料的主要問題之一是層間剪切強度(Interlayer Shear Stress,ILSS)較低。未經表面處理的對位芳綸表面光滑，且由于苯環的位阻效應和π共軛效應，酰胺基團中的氫活性很差，難以同樹脂基體形成良好的界面作用。為了提高對位芳綸與樹脂基體的粘結性，必須對纖維表面進行改性。

芳綸表面改性方法主要有兩大類：化學改性和物理改性。化學改性根據作用的方式不同大體可分為表面刻蝕和表面接枝，而物理改性主要有表面涂層、γ射線輻射、超聲波浸漬和等離子處理。CN201210240025.X采用過氧化氫對芳綸表面進行活化處理，活化后芳綸復合材料的ILSS從40MPa左右提高到60MPa左右。CN201210290055.1采用氟碳硅烷偶聯劑對芳綸表面進行處理，改性后芳綸復合材料的ILSS達到58MPa。CN201010108510.2采用低分子量異氰酸酯或縮水甘油醚對芳綸Ⅲ表面進行接枝改性，可以實現連續處理，但改性后芳綸復合材料的ILSS僅為50MPa。CN200610150924.5采用⁶⁰Co作為輻照源進行芳綸表面改性，復合材料ILSS達到72.9MPa，比改性前提高了約20％。但是改性在密閉容器中進行，難以實現連續處理。另外，處理工程中需要用到丙酮或乙醇類有機溶劑，存在環保問題。CN201210070232.5以酰胺類有機溶劑為超聲波處理介質對芳綸表面進行處理，但處理后芳綸復合材料的ILSS提高幅度在10％以內。

發明內容

本發明所要解決的技術問題之一是現有技術中等離子處理芳綸纖維后纖維表面活性點容易失活，導致芳綸與環氧樹脂基體界面剪切強度(Interfacial Shear Stress,IFSS)低的技術問題，提供一種表面改性芳綸，通過芳綸纖維表面等離子處理后用含氮雜環結構的環氧樹脂進行表面包覆的技術方案解決了以上問題，具有表面改性芳綸與環氧樹脂基體界面剪切強度(IFSS)高的優點。

本發明所要解決的技術問題之二是與技術問題之一相對應的現有技術中等離子處理芳綸纖維后纖維表面活性點容易失活，導致芳綸與環氧樹脂基體界面剪切強度(IFSS)低的技術問題，提供一種芳綸的表面改性方法，通過“等離子處理+含氮雜環結構的環氧樹脂表面處理劑”的復合改性工藝解決了以上問題，具有得到的表面改性芳綸與環氧樹脂基體界面剪切強度(IFSS)高的優點。

本發明所要解決的技術問題之三是提供一種與解決技術問題之一相對應的表面改性芳綸的應用方法。

為解決以上技術問題之一，本發明采用如下技術方案：一種表面改性芳綸，包括芳綸和表面處理劑，其特征在于，所述表面處理劑為含氮雜環結構的環氧樹脂，所述表面處理劑在表面改性芳綸中的含量為0.2％～5％；其中，所述芳綸在表面處理劑處理前先進行等離子表面處理。

上述技術方案中，所述含氮雜環結構的環氧樹脂含有以下結構或其衍生物中的至少一種，