[發明專利]一種芳綸纖維改性方法

有效

• 申請號: 202110723408.1
• 申請日: 2021-06-28
• 公開（公告）號: CN113389080B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發明（設計）人: 楊斌;張美云;劉佳偉;宋順喜;譚蕉君;聶景怡
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: D21H13/26
• 分類號: D21H13/26
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李鵬威

本發明公開了一種芳綸纖維改性方法，利用芳綸納米纖維分散液改性芳綸短切纖維，在光滑的芳綸纖維表面構筑多層級微/納粗糙結構，得到芳綸納米纖維包覆的芳綸復合纖維，兼具高比表面積和機械強度、優異的耐溫性，能夠克服傳統短切纖維表面光滑疏水、惰性強、活性基團少等問題，使其成為制備高性能復合材料的最佳構筑單元；以得到的芳綸納米纖維改性的芳綸短切纖維為單一原料制備高性能芳綸紙，無需配抄芳綸漿粕纖維或芳綸沉析纖維，避免了芳綸紙組分維度差異大所致的紙張結構疏松、界面結合力差、機械強度和耐壓強度低等問題，制備的芳綸紙具有致密的紙張結構、高強、高模以及優異的耐壓強度，有望應用于先進電氣絕緣、結構減重蜂窩材料等領域。

技術領域

本發明屬于高分子纖維和造紙領域，具體涉及一種芳綸纖維改性方法。

背景技術

芳綸纖維(aramid fiber，AF)作為“三大高性能纖維”之一，具有高強度、高模量、優異的耐溫性與化學穩定性，是近年來纖維高分子材料領域發展迅速、應用廣泛的特種纖維之一。它既可作為結構材料承載負荷，又能作為功能材料發揮作用，廣泛應用于個體防護、電子通訊、石油化工、航空航天等領域。然而，由于芳綸纖維表面光滑疏水、惰性強、活性基團少、親水性差等纖維本身的特性，導致其在應用于樹脂基復合材料等領域時存在著與基體之間的界面結合力弱，極大地影響了材料的綜合性能。以芳綸纖維為原料制備的芳綸紙由于質量輕、絕緣、耐高溫，可應用于先進電氣絕緣、結構減重材料、國防軍工等領域。由于芳綸短切纖維光滑的表面及較少的活性基團，導致其無法單獨成紙，必須摻配芳綸漿粕、芳綸沉析等差別化芳綸纖維作為黏結材料，從而提高芳綸紙整體的性能。但是，這些組分維度差異大，在各級尺度上缺乏有效結合，紙張強度主要來源于芳綸纖維之間隨機的物理搭接及極少量的氫鍵結合，造成芳綸紙存在諸多結構與性能缺陷，如結構疏松、界面結合力差、機械強度和耐壓強度低、勻度差、性能不穩定等問題。因此，優化芳綸紙界面結合特性并改善其綜合性能成為推動國產芳綸紙產業化應用與發展的關鍵之一。

為此，科研人員主要圍繞芳綸纖維表面修飾增強和紙張組分設計與結構增強兩方面開展了大量的工作。(1)芳綸纖維表面修飾增強主要包括化學改性(化學刻蝕、表面接枝、偶聯劑改性等)和物理改性(原纖化處理和等離子體改性等)，旨在通過增加芳綸纖維表面活性基團含量或增大纖維表面粗糙度來提高其與基體的結合面積與結合強度，從而改善界面結合狀況和芳綸紙強度性能。(2)紙張組分設計與結構增強主要包括添加“非芳綸類”外纖(聚酯、聚苯硫醚纖維等)混抄、樹脂浸漬和熱壓增強等，旨在通過優化紙張三維結構從而提高芳綸紙強度性能。前人研究工作表明，這些增強方法在一定程度上都能改善芳綸紙性能，但受芳綸纖維自身特性、研究方法及手段等因素制約，得到的芳綸紙界面結合強度仍難以與普通植物纖維紙媲美，未能體現芳綸纖維本身優異的性能，而且往往會導致高能耗、高成本、工藝復雜、條件苛刻等一系列問題，最重要的是會引起纖維本身強度和耐溫性下降，造成芳綸紙增強效果不理想、紙張發脆、柔韌性受損等弊端。

發明內容

本發明的目的在于提供一種芳綸纖維改性方法，以克服短切芳綸纖維表面光滑疏水、惰性強、活性基團少等問題，使其成為制備高性能復合材料極佳的構筑單元。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種芳綸纖維改性方法，利用芳綸納米纖維/二甲基亞砜分散液與芳綸短切纖維/水分散液共混實現芳綸納米纖維原位質子化還原與復合，制得芳綸納米纖維改性的芳綸纖維，其中，芳綸納米纖維與芳綸短切纖維的質量比為(10～50)：(50～90)。

進一步地，所述芳綸短切纖維采用間位芳綸短切纖維或對位芳綸短切纖維。

進一步地，所述芳綸短切纖維/水分散液的制備過程如下：將芳綸短切纖維分散在水中，通過疏解攪拌分散15000r，得到質量濃度為0.5～1.5％的芳綸短切纖維/水分散液。

進一步地，所述芳綸納米纖維/二甲基亞砜分散液的制備過程如下：以回收的對位芳綸廢料為原料，在氫氧化鉀/二甲基亞砜/水體系中發生去質子化反應，得到質量濃度為0.2～1.0％的芳綸納米纖維/二甲基亞砜分散液。