[发明专利]一种直接氟化生产表面含氟纤维的方法

说明书

技术领域

本发明属于纤维表面改性技术领域，具体涉及一种直接氟化生产表面含氟纤维的方法。

背景技术

高性能纤维作为先进复合材料的主要增强介质，其表面活性至关重要。但通常的纤维都不具备这种表面活性，因此其一般都需要进行表面活化改性处理，以改善其与基体树脂的界面性能，从而整体提高复合材料的综合性能。由于纤维本身的特殊性，比如纤度小、比表面积大，且在加工过程中一般会缠绕成筒等。因此规模化对纤维进行表面活化处理的生产方法一直是研究开发的热点。目前纤维规模化活化表面处理纤维的生产方法主要包括：电晕法，等离子体方法等，其一般是通过在线连续处理的方法实现的。但这些处理方法都存在明显的不足，即采用电晕法和等离子体方法处理后的纤维的表面活性衰减较快，活性稳定性不够，从而对树脂基复合材料的改性效果并不理想。

直接表面氟化处理技术是近年来快速发展起来的一种有效的表面改性方法，它是利用高反应活性的氟气作为氟化试剂对高聚物进行表面改性。如US7225561、US2006118988、CN1717438A公开了氟化表面处理提高聚合物材料表面活性的方法。这些方法的处理结果只是表明直接氟化是一种活化改性效果好、表面改性后其活性稳定优良的聚合物材料表面处理方法。CN10179748A公开的是采用直接氟化的方法对芳纶III纤维进行表面处理，该方法也只是表明处理后的纤维表面活性大幅度提高，制备的复合材料力学性能明显提高。也就是说这些方法都未针对如何批量连续化处理，尤其是对缠绕成筒的原料纤维如何批量连续化处理工艺进行研究。加上与电晕法，等离子体等表面活性处理方法而言，直接氟化处理方法所采用的氟气混合气中因含有氟气，而氟气又是具有高危险性和有毒性的气体，如果连续处理工艺考虑不周，存在氟气的外泄以及连续处理过程中纤维束离开处理装置夹带出氟气的话，对环境会造成污染，同时也会损害人们健康，造成氟中毒等。因此直接氟化处理很难实现批量在线连续化处理，即使通过有效的设备设计保障，也存在设备投资高以及因氟化过程的腐蚀性而失效等安全隐患的问题。因此，US7267843B，CN10179748A，CN102277718A通过采用离线式间歇反应方式直接氟化表面处理纤维的工艺克服了连续氟化处理所带来的氟气外泄等安全问题。离线式间歇反应方式是先将纤维放入密封性优良的一台反应釜内，密闭后利用风机将混合气的在反应器内进行循环加热，再充入氟气混合气，对纤维进行氟化处理，氟化结束后，通过真空系统将尾气抽入到尾气处理系统进行无害化处理即可。因为该方法整体上是采用负压操作，从而可有效的避免氟气混合气外泄所产生的安全性问题。但该方法只能对少量散放的纤维进行较均匀化的处理，而对一般缠绕成筒的具有一定密实度的纤维而言，由于氟气混合气无法穿过缠绕密实的纤维到达内层，就只能对纤维的表层部分进行有效处理，而纤维中间层，尤其是靠近筒壁附近的内层纤维就很难实现有效处理。因为现有缠绕成筒的纤维所用的卷筒一般是纸筒，筒壁上无孔。另一方面所用的卷筒一般是纸筒，易燃，而氟气又是高危险性的气体。使得以上这些因素一直是直接氟化这一有效表面处理方法不能在缠绕成筒纤维领域实现工业化生产应用的主要原因之一。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种直接氟化生产表面含氟纤维的方法。

本发明提供的直接氟化生产表面含氟纤维的方法，其特征在于先将原料纤维缠绕在壁上均布通孔的卷筒上，然后放入两台氟化反应器中升温，并利用真空辅助系统，使氟气混合气在两台氟化反应器间进行脉冲式循环，使氟气混合气多次穿过卷筒上的纤维层进行强制性扩散，实现对筒上卷绕纤维的均匀性氟化处理。

本发明提供的直接氟化生产表面含氟纤维的方法，其具体的工艺步骤和条件是：先将原料纤维缠绕在壁上均布通孔的卷筒上，然后将若干卷筒纤维放入两台氟化反应器中，加热升温至10-150℃，同时对两台氟化反应器抽真空至压力＜10KPa后，又同时向两台氟化反应器中充入氟气混合气对其内放置的卷筒纤维进行氟化，反应器内混合气的总压力＜50KPa，氟气分压为5～25KPa；氟化1～10分钟后，通过真空泵将其中一台氟化反应器内的氟气混合气抽入到另一台氟化反应器内继续对其内放置的纤维进行氟化；氟化1～10分钟后，再通过真空泵将氟气混合气抽入到第一台氟化反应器内，完成一次氟化循环，在循环抽真空过程中，被抽出气体的氟化反应器压力＜10KPa，氟化混合气在两台氟化反应器间循环次数至少3次，氟化处理结束后，采用氮气对氟化反应器内的残余氟化混合气进行置换至少3次，然后打开反应器，取出氟化处理后的纤维即可。