[发明专利]等离子体处理纳米溶胶凯夫拉纤维改性的方法

说明书

技术领域

本发明属凯夫拉纤维表面改性的制备领域，特别是涉及一种等离子体处理纳米溶胶凯 夫拉纤维改性的方法。

背景技术

凯夫拉纤维是目前世界上规模化生产的综合性能最优异的高性能的有机纤维之一，其 具有优良的机械性能、绝缘性能和耐温、耐化学等性能，而且质量轻，可用于制造结构材 料、电机马达等的片型绝缘材料、隔热材料、包装材料、蜂窝材料、过滤材料、耐高温防 护服和航天服，作为高性能复合材料的增强材料，被广泛应用于航空、航天、造船、汽车 和建筑等领域。因而，研究掌握凯夫拉纤维基本性能对其生产、发展及应用都有很重要的 意义。

从凯夫拉的结构可知，它是刚性分子，具有高度的规则性，大分子是以十分伸展的状 态存在，定向程度和结晶度高，因而横向分子间作用力变弱；分子结构中存在大量的芳香 环，不易移动，使其分子间的氢键弱。其横向强度低使得在压缩及剪切力作用下容易产生 断裂。此外，表面极性不高，使得其溶解性、耐疲劳性不够好，耐光性较差，其化学惰性 和光滑表面导致纤维表面光滑且活性低，不易与树脂浸润，致使纤维与树脂基体界面结合 的性能力较差，界面剪切强度较低。较差的界面粘结不能很好地进行力的传递从而影响复 合材料综合性能的发挥，从而制约了凯夫拉纤维在先进复合材料领域中的应用。因此为了 最大限度地发挥凯夫拉优异的力学性能，对凯夫拉表面进行改性处理，改善凯夫拉纤维增 强复合材料的界面结合状况成为材料学界研究的一个热点。目前，针对凯夫拉纤维进行的 表面改性技术主要有：表面涂层法、等离子表面改性技术、γ射线辐射方法、超声波浸渍 改性技术、化学改性技术等。

目前，凯夫拉纤维表面处理工艺研究和工程应用研究已取得了初步的成绩。申请号为 03141664.0的中国专利中公开了一种稀土改性芳纶纤维/环氧复合材料制备方法，在室温下 采用稀土改性剂对芳纶纤维进行表面改性处理。专利200710144761.4给出一种提高芳纶纤 维/环氧树脂复合材料界面性能方法，采用60Co为辐照源的γ射线辐照。专利 200510018159.7提出一种阴离子接枝法改性芳纶纤维表面，它解决了现有凯夫拉纤维表面 改性方法所存在的界面结合性差、处理条件苛刻等问题，提供了一种阴离子接枝法改性芳 纶纤维表面。专利200610134662.3涉及一种芳纶纤维增强聚芳醚砜酮树脂基复合材料的界 面改性方法，该方法是采用低温等离子体技术处理气氛为氧气、氮气、空气、氨气或氩气， 处理功率为10～400W，处理时间为1～30分钟，处理腔体内的气体压强为低压1～100Pa、 常压或高压1.01×105～106Pa，对Armoc芳纶纤维进行表面刻蚀和表面接枝改性。经表面 改性后的芳纶纤维，在改善其与树脂基体润湿性和粘结性的同时，其复合材料层间剪切强 度也有显著提高，从而使复合材料获得更加优异的综合性能。

低温等离子体处理技术是目前进行凯夫拉纤维表面改性技术中研究最多的一种方法。 但传统低温等离子体处理技术在连续化速度太慢，处理中需保持一定真空度，条件比较苛 刻，在工业化生产方面不是很理想，急需一种新的凯夫拉纤维表面处理方法。目前现有的 专利没有利用纳米材料制备溶胶技术，更没有提到利用纳米溶胶技术涂覆聚烯烃纤维，特 别是经纳米溶胶涂覆后的聚烯烃纤维再经等离子体技术对凯夫拉纤维进行表面改性的方 法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种等离子体处理纳米溶胶凯夫拉纤维改性的方 法，经本发明处理过的凯夫拉纤维与有机基体材料之间的复合性能得到了大大提高，该工 艺简单、处理效果好、成本低、不易引起环境污染，并且还可以降低能耗。

本发明的一种等离子体处理纳米溶胶凯夫拉纤维改性的方法，包括：

(1)将无机纳米颗粒经超声波震荡技术配制成质量百分比浓度为0.01～15％的有机溶 剂或水的溶胶液；

或(2)将有机-无机纳米颗粒的先驱液与无机纳米颗粒经杂化反应制得质量百分比浓 度为0.01～15％的溶胶液；

(3)将上述溶胶液涂覆在凯夫拉纤维表面，涂覆方法为喷涂或浸轧的方法；

(4)在10～150℃将凯夫拉纤维烘干并收集溶剂，然后凯夫拉纤维经等离子发生装置 被引入等离子体氛围区进行等离子体表面改性，处理功率为10～15000w，时间为0.5～300 秒；将处理后的凯夫拉纤维在自动收卷机中进行在线收卷，通过调节收卷轴的速度范围来 调节凯夫拉纤维的走线速度。