[發明專利]一種芳綸纖維的表面改性方法

有效

• 申請號: 202010055750.4
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111118905B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 楊旋;涂群章;沈新民;潘明;蔣成明
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍工程大學
• 主分類號: D06M15/37
• 分類號: D06M15/37;D06M11/74;D06M15/643;D06M101/36
• 代理公司: 北京力量專利代理事務所(特殊普通合伙) 11504
• 代理人: 姚遠方

一種芳綸纖維的表面改性方法，步驟1：芳綸纖維表面的清洗和干燥；步驟2：芳綸纖維表面的預處理；步驟3：氧化石墨烯GO的功能化處理；步驟4：超支化聚硅氧烷和氧化石墨烯GO的協同改性。由于巰基與橡膠雙鍵之間的加成反應及改性后表面能的提升，以及芳綸纖維表面接枝的氧化石墨烯能夠將自身斷裂能轉化為界面能，本發明能夠顯著提升芳綸纖維與橡膠基體之間的結合強度；此外，由于功能化氧化石墨烯納米片和巰基超支化聚硅氧烷在纖維表面的包裹作用能夠有效協助纖維承擔拉伸應力，使得單絲強度也得到了明顯改善。本發明具備較大的工業應用潛力，并因聚多巴胺初始層的普適性而使得芳綸纖維/橡膠復合材料具備更遠大的應用前景。

技術領域

本發明涉及芳綸纖維改性技術領域，具體涉及一種芳綸纖維的表面改性方法，尤其涉及一種通過超支化聚硅氧烷和氧化石墨烯對芳綸纖維表面進行協同改性的方法。

背景技術

復合材料是人們運用先進的材料制備技術將不同性質的材料組分優化組合而成的新材料。而高性能長纖維增強型(如芳綸纖維、碳纖維、超高分子量聚乙烯纖維等)復合材料因其獨有的優異性能而被廣泛應用于航天工程、兵器工程、防護工程等領域。其中，芳綸纖維因具備優異的韌性、模量和強度以及較好的阻燃性和較高的熔點而常被用作輪胎、輸送帶等橡膠基復合材料的骨架材料。這種橡膠基復合材料的力學性能往往與界面性能密切相關，當界面性能較差時，在拉伸、彎曲、沖擊等作用下，界面層容易首先斷裂或分層，并逐漸導致了復合材料的整體失效。芳綸纖維規整的分子鏈結構在保證其優異性能的同時卻也產生了表面化學惰性強、難以與基體緊密結合的缺陷，因此，纖維表面的有效改性就顯得尤為重要。

除了工業常用的表面涂層改性法以外，納米材料接枝法是芳綸纖維常用的表面改性方法。將功能化后的碳納米管、石墨烯、納米二氧化硅等材料接枝在芳綸纖維表面，能夠使得芳綸纖維表面的官能團更具有多樣性、選擇性和指向性，在提高芳綸纖維與基體界面性能的同時擴大纖維的應用范圍，并充分利用納米材料的各項優異性能，促進應力的傳遞，阻止芳綸纖維表面缺陷的過度應力擴散。

在諸多納米材料中，石墨烯作為一種典型二維結構的碳納米材料，具備了極其優異的性能，如極高的楊氏模量(約1TPa)、斷裂強度(130GPa)和比面積(736.6m2/g)，且由于其獨特的褶皺形貌，能夠更好地提升復合材料的界面性能。然而，石墨烯表面缺少有效的官能團，在極性和非極性溶劑中較為難溶，不利于改性反應的進行。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種芳綸纖維的表面改性方法，以在改善芳綸纖維/橡膠界面強度的同時，進一步提高纖維自身的單絲強度，有效避免了現有技術中用于芳綸纖維表面改性的石墨烯不利于改性反應進行的缺陷。

為了克服現有技術中的不足，本發明提供了一種芳綸纖維的表面改性方法的解決方案，具體如下：

一種芳綸纖維的表面改性方法，包括：

步驟1：芳綸纖維表面的清洗和干燥；

步驟2：芳綸纖維表面的預處理；

步驟3：氧化石墨烯GO的功能化處理；

步驟4：超支化聚硅氧烷和氧化石墨烯GO的協同改性。

所述芳綸纖維表面的清洗和干燥，包括：用乙酸乙酯和丙酮輪流清洗芳綸纖維得到潔凈后的芳綸纖維，接著把潔凈后的芳綸纖維放在真空烘箱中于100℃的溫度條件下烘干直至得到干燥后的芳綸纖維。

所述用乙酸乙酯和丙酮輪流清洗芳綸纖維的次數為5～10次。

所述芳綸纖維表面的預處理，包括：干燥后的芳綸纖維浸入2g/L的鹽酸多巴胺溶液中，鹽酸多巴胺溶液以堿性物質調節pH值為8.5，并于25℃的溫度條件下以設定的轉速攪拌鹽酸多巴胺溶液設定的時間，以此在芳綸纖維表面接枝聚多巴胺來形成作為初始層的聚多巴胺層；接著用去離子水將接枝反應后的芳綸纖維清洗數遍，然后再把該清洗后的芳綸纖維在真空烘箱中于100℃的溫度條件下烘干得到預處理后的芳綸纖維。