[发明专利]一种芳纶III的表面处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面处理方法，更具体地说，本发明涉及一种芳纶III的表面 处理方法。

背景技术

芳纶作为一种高强高模有机纤维，由于其出色的综合性能使其在很多领域具 有广泛的应用。芳纶III是一种改性芳纶，其分子链中含有杂环结构，因此也叫杂 环芳纶。杂环芳纶具有比对位芳纶(芳纶1414)还要好的机械性能，如俄罗斯 杂环芳纶Apmoc的拉伸强度和拉伸模量分别比美国杜邦公司生产的对位芳纶 Kevlar-49高出38％和20％。因此，杂环芳纶正逐渐成为航空航天、军工的优选 结构材料，其缠绕增强环氧复合材料是固体火箭发动机外壳、高压气瓶等的理想 材料，具有轻质、高强、耐高温等性能。

虽然芳纶III以其高比强度、高比模量以及优良的耐热性能和耐化学腐蚀等特 点而广泛的应用于航天和军事领域，但通过对其表面分析发现其表面极性基团含 量较低，使纤维表面与树脂基体之间的浸润性较差，导致芳纶III/环氧复合材料 的界面剪切性能较低。实验测得芳纶III纤维/环氧复合材料的NOL环的短梁剪切 强度比玻璃纤维、碳纤维环氧复合材料低20％-40％，大大地影响了芳纶III纤维的 应用，因此有必要对芳纶III纤维进行表面改性，提高其与树脂的界面粘结性能。

中蓝晨光化工研究院经过近年来的研究和开发，成功研制出性能稳定的芳纶 III纤维，产品具有和俄罗斯Apmoc纤维相似的化学结构和性能，具有高达 28-31cN/dtex的拉伸强度和1050-1170cN/dtex的杨氏模量，使我国在芳纶III纤 维的研制方面已接近世界先进水平，但是芳纶III的应用还处于开发阶段，芳纶III 和环氧树脂的复合材料性能还较俄罗斯Apmoc/环氧复合材料低很多，如采用相 同工艺状态的φ200mm标准外载荷实验中，国产芳纶III纤维容器的轴压承载能力 和外压承载能力分别比Apmoc纤维容器低18％和15％。因此采用表面改性技术提 高国产芳纶III表面的浸润性，从而提高芳纶III和环氧树脂的界面粘结性能，进而 提高芳纶III/环氧复合材料的性能，对于实现军工关键产品的国产化具有重要的 战略意义。

目前，芳纶纤维表面改性的研究主要针对美国杜邦公司的Kevlar系列纤维 和俄罗斯Apmoc杂环纤维，国产芳纶的表面改性研究较少。所采用的方法主要有 表面涂层法、化学改性法和物理改性法。化学改性法包括表面刻蚀、表面接枝等， 物理改性法包括等离子体处理法、γ射线辐射法和超声浸渍法等。等离子体处 理技术是目前进行芳纶表面改性技术中研究最多的一种方法，采用等离子体处理 进行纤维表面改性技术虽具有简便实用的优点，但处理效果会随时间而衰减，不 能久贮；其它物理方法具有不易在线连续且丝线强度易损失等缺点；现有的化学 方法虽然易于实现在线连续处理，但是所采用的表面处理剂大多配制繁杂且处理 效果不明显。

发明内容

为克服现有芳纶III表面处理方法存在的上述缺点和不足，本发明提供一种在 线连续表面处理方法，通过实施本发明的方法能够提高芳纶III的柔软度，改善手 感，减少后序操作过程中由于弯折等因素造成的强度损失，更重要的是能够提高 芳纶III纤维的表面极性，从而提高芳纶III/环氧复合材料的界面粘结性能，进而 提高芳纶III/环氧复合材料的层间剪切强度。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案如下：

一种芳纶III的表面处理方法，其特征在于：包含下列步骤：表面处理剂的 配制、表面处理、干燥。

上述表面处理剂的配制是：将低分子量脂肪族二异氰酸酯或二醇类二缩水 甘油醚中的一种或一种以上的物质加入到有机溶剂中，形成质量分数为0.5-5％ 的均匀溶液。

上述表面处理是：将芳纶III丝束连续通过一底部有喷孔的U型小槽，喷孔 中有连续恒压的上一步配制的表面处理剂喷出，并浸没芳纶。

上述干燥是：将通过表面处理剂后的丝束进行干燥处理。

所述低分子量二异氰酸酯为1，4-丁二异氰酸酯或1，6-己二异氰酸酯。

所述二醇类二缩水甘油醚为乙二醇二缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚、1， 4-丁二醇二缩水甘油醚、分子量低于600的聚乙二醇二缩水甘油醚或分子量低于 600的聚丙二醇二缩水甘油醚。

所述有机溶剂为正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、正戊醇、异戊醇、新 戊醇或环戊醇中的一种。