本發(fā)明屬于造紙工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種對(duì)位芳綸短切纖維的改性方法。

背景技術(shù)：

芳綸纖維是芳香族聚酰胺纖維的通稱，它是二十世紀(jì)六七十年代由美國杜邦公司率先研制開發(fā)的一種合成纖維，根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同，芳綸纖維可分為間位芳綸纖維和對(duì)位芳綸纖維。間位芳綸由美國杜邦公司研究并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)后，產(chǎn)品注冊(cè)為我國稱為芳綸1313；對(duì)位芳綸(簡(jiǎn)稱PPTA)投入生產(chǎn)后正式命名為我國稱為芳綸1414。

對(duì)位芳綸纖維(PPTA)是由對(duì)苯二胺和對(duì)苯二甲酰氯縮聚得到的聚合物溶解于濃硫酸或氫氟酸或氯磺酸中制成具有液晶性能的溶液，再經(jīng)干-濕法紡絲制而成。對(duì)位芳綸纖維分子結(jié)構(gòu)上的酰胺基與苯環(huán)形成π共軛效應(yīng)，具有很高的內(nèi)旋位能，分子鏈呈剛性伸直狀，且存在很強(qiáng)的分子間氫鍵，這些結(jié)構(gòu)特性賦予了對(duì)位芳綸纖維超高強(qiáng)度和高模量、優(yōu)異的耐高溫性和韌性，同時(shí)還有良好耐化學(xué)品腐蝕性，具有“合成鋼絲”的美譽(yù)，是防護(hù)和增強(qiáng)型材料的理想原料。目前其產(chǎn)品主要有短切、漿粕以及沉析三種形態(tài)，多用作高檔輪胎簾子線、復(fù)合增強(qiáng)材料、剎車片、航天航空等結(jié)構(gòu)材料。其優(yōu)良的耐熱性能和介電性能，可作為絕緣材料、結(jié)構(gòu)材料、電子材料而廣泛應(yīng)用于電力、交通、電子等重要高科技行業(yè)，是全球發(fā)展最快、產(chǎn)量最高和用途最廣的高性能纖維。

雖然有很多優(yōu)異的力學(xué)和化學(xué)等性能，但是作為許多復(fù)合材料增強(qiáng)體的對(duì)位芳綸短切纖維，表面分子鏈排列取向度高，結(jié)晶度高，苯環(huán)的大位阻作用使得酰胺基團(tuán)上的氫很難與其他原子反應(yīng)；但是，纖維表面光滑，比表面積小，缺少化學(xué)活性基團(tuán)，與基體無物理嚙合點(diǎn)等，都導(dǎo)致了芳綸纖維浸潤性差，與其他基體制造的復(fù)合材料的界面粘結(jié)性差，嚴(yán)重降低了芳綸復(fù)合材料的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種對(duì)位芳綸短切纖維的改性方法，解決了對(duì)位芳綸短切纖維浸潤性差和與基體材料的界面粘結(jié)性差的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種對(duì)位芳綸短切纖維的改性方法，具體步驟包括：

步驟1，采用混酸溶液對(duì)清洗后的對(duì)位芳綸短切纖維進(jìn)行粗化預(yù)處理；

步驟2，采用溶膠-凝膠法對(duì)預(yù)處理后的對(duì)位芳綸短切纖維表面進(jìn)行納米SiO₂改性，得到改性后的對(duì)位芳綸短切纖維。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，

對(duì)位芳綸短切纖維的清洗是將對(duì)位芳綸短切纖維加入水中，用十二烷基苯磺酸鈉在50-70℃的水浴鍋中進(jìn)行清洗20-40min，然后用蒸餾水沖洗干凈，烘干備用。

步驟1中混酸溶液為濃硝酸和濃硫酸按體積比為3：1組成的混合溶液。

步驟2溶膠-凝膠法具體為：將預(yù)處理后的對(duì)位芳綸短切纖維在混合液中超聲分散10min后加入正硅酸乙酯，攪拌12-15h，然后經(jīng)尼龍膜過濾；最后，重復(fù)上述步驟至少4次，生成的產(chǎn)物在空氣中干燥后真空干燥，得到改性后的對(duì)位芳綸短切纖維。

混合液為無水乙醇、去離子水和氨水以體積比為10：3：1組成的混合物。

真空干燥的溫度為50-70℃，時(shí)間為12-24h。

本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明對(duì)位芳綸短切纖維的改性方法，采用溶膠-凝膠法，以正硅酸乙酯為前驅(qū)體，在乙醇介質(zhì)中用氨水水解正硅酸乙酯(TEOS)，在纖維表面原位合成納米SiO₂粒子，來改善纖維光滑且無活性基團(tuán)的惰性表面。纖維表面合成的納米SiO₂有較好的耐熱耐磨性，可以作為一種復(fù)合材料的增強(qiáng)體，來提高材料的耐高溫耐摩擦磨損性能。

本發(fā)明改性方法不僅改善了對(duì)位芳綸短切纖維表面惰性的問題，而且提高了纖維/樹脂基復(fù)合材料的界面結(jié)合性能，拓寬了芳綸纖維在復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用。

附圖說明

圖1為未處理的芳綸短切纖維的掃描電鏡圖；

圖2為混酸預(yù)處理的芳綸短切纖維的掃描電鏡圖；

圖3為本發(fā)明納米粒子改性處理的芳綸短切纖維的掃描電鏡圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

本發(fā)明對(duì)位芳綸短切纖維的改性方法，具體步驟包括：

步驟1，將對(duì)位芳綸短切纖維加入水中，用十二烷基苯磺酸鈉在50-70℃的水浴鍋中進(jìn)行清洗20-40min，然后用蒸餾水沖洗干凈，烘干備用；

步驟2，采用混酸溶液(混酸溶液為濃硝酸和濃硫酸按體積比為3：1組成的混合溶液)對(duì)步驟1清洗后的對(duì)位芳綸短切纖維進(jìn)行粗化預(yù)處理；

步驟3，將預(yù)處理后的對(duì)位芳綸短切纖維在混合液(將氧化的對(duì)位芳綸短切纖維在混合液(混合液為無水乙醇、去離子水和氨水以體積比為10：3：1組成的混合物)中超聲分散后加入正硅酸乙酯，攪拌12-15h，然后經(jīng)尼龍膜真空過濾后真空干燥，最后，重復(fù)上述步驟至少4次，生成的產(chǎn)物在空氣中干燥后在50-70℃下真空干燥12-24h，得到改性后的對(duì)位芳綸短切纖維。

本發(fā)明對(duì)位芳綸短切纖維的改性方法，采用溶膠-凝膠法，以正硅酸乙酯為前驅(qū)體，在乙醇介質(zhì)中用氨水水解正硅酸乙酯(TEOS)，在纖維表面原位合成納米SiO₂粒子，來改善纖維光滑且無活性基團(tuán)的惰性表面。纖維表面合成的納米SiO₂有較好的耐熱耐磨性，可以作為一種復(fù)合材料的增強(qiáng)體，來提高材料的耐高溫耐摩擦磨損性能。

本發(fā)明改性方法不僅改善了對(duì)位芳綸短切纖維表面惰性的問題，而且提高了纖維/樹脂基復(fù)合材料的界面結(jié)合性能，拓寬了芳綸纖維在復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用。

由圖1可知，未處理的短切纖維整體呈棒狀，纖維表面光潔圓滑不利于納米粒子的附著；由圖2可知，混酸預(yù)處理過的纖維表面分絲起毛，且出現(xiàn)很多凹凸不平的刻蝕和斑痕，為納米粒子的附著提供了極多的著位點(diǎn)；由圖3可知，SiO₂納米粒子能夠和纖維表面較好的結(jié)合在一起，進(jìn)一步證明預(yù)處理的必要性。

實(shí)施例1

(1)纖維預(yù)處理：將對(duì)位芳綸短切纖維加入水中，用十二烷基苯磺酸鈉在50℃的水浴鍋中進(jìn)行清洗20min，然后用蒸餾水沖洗干凈，烘干備用。配置混酸溶液，為濃硝酸和濃硫酸按體積比為3：1組成的混合溶液，將清洗過的短切纖維放入混酸溶液中，對(duì)其進(jìn)行氧化處理，然后用水清洗后干燥備用。

(2)纖維改性過程：將氧化的短切纖維在穩(wěn)定而均勻的混合液中超聲分散(混合液為無水乙醇、去離子水和氨水以體積比為10：3：1組成的混合物)。然后，快速加入TEOS(正硅酸乙酯)，形成的混合物在室溫下攪拌12h，使其反應(yīng)。

(3)纖維后處理：反應(yīng)完成后，纖維混合液經(jīng)尼龍膜真空過濾，再進(jìn)行真空干燥。最后，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟至少四遍，生成的產(chǎn)物在空氣中干燥，最后放在50℃真空干燥箱中干燥12h，所得產(chǎn)物為改性后的增強(qiáng)纖維。

實(shí)施例2

(1)纖維預(yù)處理：對(duì)位芳綸短切纖維預(yù)處理：將對(duì)位芳綸短切纖維加入水中，用十二烷基苯磺酸鈉在60℃的水浴鍋中進(jìn)行清洗30min，然后用蒸餾水沖洗干凈，烘干備用。配置混酸溶液，為濃硝酸和濃硫酸按體積比為3：1組成的混合溶液，將清洗過的短切纖維放入混酸溶液中，對(duì)其進(jìn)行氧化處理，然后用水清洗后干燥備用。

(2)纖維改性過程：將氧化的短切纖維在穩(wěn)定而均勻的混合液中超聲分散(混合液為無水乙醇、去離子水和氨水以體積比為10：3：1組成的混合物)。然后，快速加入TEOS(正硅酸乙酯)，形成的混合物在室溫下攪拌13h，使其反應(yīng)。

(3)纖維后處理：反應(yīng)完成后，纖維混合液經(jīng)尼龍膜真空過濾，再進(jìn)行真空干燥。最后，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟5次，生成的產(chǎn)物在空氣中干燥，最后放在60℃真空干燥箱中干燥18h，所得產(chǎn)物為改性后的增強(qiáng)纖維。

實(shí)施例3

(1)纖維預(yù)處理：對(duì)位芳綸短切纖維預(yù)處理：將對(duì)位芳綸短切纖維加入水中，用十二烷基苯磺酸鈉在70℃的水浴鍋中進(jìn)行清洗40min，然后用蒸餾水沖洗干凈，烘干備用。配置混酸溶液，為濃硝酸和濃硫酸按體積比為3：1組成的混合溶液，將清洗過的短切纖維放入混酸溶液中，對(duì)其進(jìn)行氧化處理，然后用水清洗后干燥備用。

(2)纖維改性過程：將氧化的短切纖維在穩(wěn)定而均勻的混合液中超聲分散(混合液為無水乙醇、去離子水和氨水以體積比為10：3：1組成的混合物)。然后，快速加入TEOS(正硅酸乙酯)，形成的混合物在室溫下攪拌15h，使其反應(yīng)。

(3)纖維后處理：反應(yīng)完成后，纖維混合液經(jīng)尼龍膜真空過濾，再進(jìn)行真空干燥。最后，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟至少四遍，生成的產(chǎn)物在空氣中干燥，最后放在70℃真空干燥箱中干燥24h，所得產(chǎn)物為改性后的增強(qiáng)纖維。