專(zhuān)利名稱(chēng)：超疏水芳綸纖維及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及疏水纖維及其制備方法。
背景技術(shù)：
芳綸纖維全稱(chēng)為“聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺”，杜邦公司的商品名為Kevlar，是新型高科技合成纖維，具有超高強(qiáng)度、高模量和耐高溫、耐酸耐堿、重量輕等優(yōu)良性能，其強(qiáng)度是鋼絲的5 6倍，模量為鋼絲或玻璃纖維的2 3倍，韌性是鋼絲的2倍，而重量?jī)H為鋼絲的1/5左右，在560°C的溫度下，不分解，不融化。它具有良好的絕緣性和抗老化性能，具有很長(zhǎng)的生命周期，被廣泛應(yīng)用于航天航空、機(jī)電、建筑、汽車(chē)、體育用品等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)方面?，F(xiàn)有的芳綸纖維的疏水性差，其與水的接觸角僅為45° 60°，限制了芳綸纖維在復(fù)合材料中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的芳綸纖維的疏水性差的問(wèn)題，而提供超疏水芳綸纖維及其制備方法。本發(fā)明的超疏水芳綸纖維是在芳綸纖維的表面生長(zhǎng)有草酸鈣或磷酸三鈣晶體，單根纖維表面粗糙度為120nm 800nm，纖維束的疏水角為120° 190°。本發(fā)明的超疏水芳綸纖維的制備方法按以下步驟進(jìn)行一、將芳綸纖維用有機(jī)溶劑抽提Ih 證，然后水洗、烘干，得到潔凈的芳綸纖維；二、將過(guò)量的草酸鈣或磷酸三鈣加入到濃度為0. lmol/L 2. Omol/L的稀酸溶液中，得到過(guò)飽和溶液；三、按步驟二得到的過(guò)飽和溶液與水的體積比為1 100 1000的比例分別量取步驟二得到的過(guò)飽和溶液和水， 將步驟二得到的過(guò)飽和溶液加熱至90°C 300°C，然后將步驟一得到的潔凈的芳綸纖維浸入到過(guò)飽和溶液中，在自然降溫的同時(shí)將量取的水逐滴加入過(guò)飽和溶液中，加完后，靜置 Ih 24h ；四、將經(jīng)步驟三處理的芳綸纖維放在烘箱中，在溫度為100°C 200°C的條件下干燥1 2小時(shí)，得到超疏水芳綸纖維。本發(fā)明將潔凈的芳綸纖維浸沒(méi)于草酸鈣或磷酸三鈣的過(guò)飽和酸溶液中，通過(guò)向酸溶液中逐漸加水，無(wú)限稀釋稀酸溶液，從而使不溶于水的草酸鈣或磷酸三鈣逐漸析出，并在纖維表面得以生長(zhǎng)。通過(guò)控制加入水的量和加水速度控制草酸鈣或磷酸三鈣的析出量，從而控制來(lái)纖維表面粗糙度。本發(fā)明得到的超疏水芳綸纖維的表面粗糙度為120nm 800nm， 纖維束的疏水角為120° 190°。本發(fā)明的超疏水芳綸纖維可以廣泛的應(yīng)用于船舶、艦船的蒙皮材料。其在船舶中的應(yīng)用可以減少船舶阻力、增加船舶浮力，提高船舶的運(yùn)行效率。本發(fā)明的超疏水芳綸纖維是在芳綸纖維的表面生長(zhǎng)有三氯苯或聚苯乙烯，單根纖維表面粗糙度為200nm 2000nm，纖維束的疏水角為150° 190°。本發(fā)明的超疏水芳綸纖維的制備方法還可以按以下步驟進(jìn)行一、將芳綸纖維用有機(jī)溶劑抽提Ih 證，然后水洗、烘干，得到潔凈的芳綸纖維；二、將過(guò)量的三氯苯或聚苯乙烯加入到乙醇中，得到過(guò)飽和溶液；三、步驟一得到的潔凈的芳綸纖維浸入過(guò)飽和溶液中，加熱過(guò)飽和溶液使乙醇完全揮發(fā)；四、將經(jīng)步驟三處理的芳綸纖維放在烘箱中，在溫度為50°C 150°C的條件下干燥0. 5h 濁，得到超疏水芳綸纖維。本發(fā)明將潔凈的芳綸纖維浸沒(méi)于三氯苯或聚苯乙烯的過(guò)飽和溶液中，通過(guò)控制溶劑乙醇的揮發(fā)速度，從而使三氯苯或聚苯乙烯逐漸析出，并在纖維表面得以生長(zhǎng)。通過(guò)控制三氯苯或聚苯乙烯的加入量和溶劑的揮發(fā)速度，達(dá)到控制纖維表面粗糙度的目的。本發(fā)明得到的超疏水芳綸纖維的表面粗糙度為200nm 2000nm，纖維束的疏水角為150° 190°。本發(fā)明的超疏水芳綸纖維可以廣泛的應(yīng)用于船舶、艦船的蒙皮材料。其在船舶中的應(yīng)用可以減少船舶阻力、增加船舶浮力，提高船舶的運(yùn)行效率。


圖1是具體實(shí)施方式
十九制備的超疏水芳綸纖維的疏水角照片。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式的超疏水芳綸纖維是在芳綸纖維的表面生長(zhǎng)有草酸鈣或磷酸三鈣晶體，單根纖維表面粗糙度為120nm 800nm，纖維束的疏水角為120° 190°。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是芳綸纖維的單根纖維表面粗糙度為200nm 700nm，纖維束的疏水角為130° 180°。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是芳綸纖維的單根纖維表面粗糙度為400nm，纖維束的疏水角為160°。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式的超疏水芳綸纖維的制備方法按以下步驟進(jìn)行 一、將芳綸纖維用有機(jī)溶劑抽提Ih 5h，然后水洗、烘干，得到潔凈的芳綸纖維；二、將過(guò)量的草酸鈣或磷酸三鈣加入到濃度為0. lmol/L 2. Omol/L的稀酸溶液中，得到過(guò)飽和溶液；三、按步驟二得到的過(guò)飽和溶液與水的體積比為1 100 1000的比例分別量取步驟二得到的過(guò)飽和溶液和水，將步驟二得到的過(guò)飽和溶液加熱至90°C 300°C，然后將步驟一得到的潔凈的芳綸纖維浸入到過(guò)飽和溶液中，在自然降溫的同時(shí)將量取的水逐滴加入過(guò)飽和溶液中，加完后，靜置Ih 24h ；四、將經(jīng)步驟三處理的芳綸纖維放在烘箱中，在溫度為 100°C 200°C的條件下干燥1 2小時(shí)，得到超疏水芳綸纖維。本實(shí)施方式將潔凈的芳綸纖維浸沒(méi)于草酸鈣或磷酸三鈣的過(guò)飽和酸溶液中，通過(guò)向酸溶液中逐漸加水，無(wú)限稀釋稀酸溶液，從而使不溶于水的草酸鈣或磷酸三鈣逐漸析出， 并在纖維表面得以生長(zhǎng)。通過(guò)控制加入水的量和加水速度控制草酸鈣或磷酸三鈣的析出量，從而控制來(lái)纖維表面粗糙度。本發(fā)明得到的超疏水芳綸纖維的表面粗糙度為120nm 800nm，纖維束的疏水角為120° 190°，制備方法簡(jiǎn)單。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四不同的是步驟一中的有機(jī)溶劑為水或有機(jī)溶劑，如甲苯、乙醇、丙酮或四氫呋喃。其它與具體實(shí)施方式
四相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四或五不同的是步驟一中的將芳綸纖維用有機(jī)溶劑抽提1. 5h 4.證。其它與具體實(shí)施方式
四或五相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四或五不同的是步驟一中的將芳綸纖維用有機(jī)溶劑抽提池。其它與具體實(shí)施方式
四或五相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四至七之一不同的是步驟二中稀酸溶液為鹽酸溶液或硝酸溶液。其它與具體實(shí)施方式
四至七之一相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四至八之一不同的是步驟二中稀酸溶液的濃度為0. 3mol/L 1. 8mol/L。其它與具體實(shí)施方式
四至八之一相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四至八之一不同的是步驟二中稀酸溶液的濃度為l.Omol/L。其它與具體實(shí)施方式
四至八之一相同。
具體實(shí)施方式
十一本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四至十之一不同的是步驟三中過(guò)飽和溶液與水的體積比為1 150 900。其它與具體實(shí)施方式
四至十之一相同。
具體實(shí)施方式
十二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四至十之一不同的是步驟三中過(guò)飽和溶液與水的體積比為1 500。其它與具體實(shí)施方式
四至十之一相同。
具體實(shí)施方式
十三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四至十二之一不同的是步驟三中過(guò)飽和溶液加熱至120°C ^0°C。其它與具體實(shí)施方式
四至十二之一相同。
具體實(shí)施方式
十四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四至十二之一不同的是步驟三中過(guò)飽和溶液加熱至200°C。其它與具體實(shí)施方式
四至十二之一相同。
具體實(shí)施方式
十五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四至十四之一不同的是步驟三中靜置時(shí)間為池 20h。其它與具體實(shí)施方式
四至十四之一相同。
具體實(shí)施方式
十六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四至十四之一不同的是步驟三中靜置時(shí)間為10h。其它與具體實(shí)施方式
四至十四之一相同。
具體實(shí)施方式
十七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四至十六之一不同的是步驟四中干燥溫度為120°C 180°C、干燥時(shí)間為1. 2h 1.他。其它與具體實(shí)施方式
四至十六之一相同。
具體實(shí)施方式
十八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四至十六之一不同的是步驟四中干燥溫度為150°C、干燥時(shí)間為1.證。其它與具體實(shí)施方式
四至十六之一相同。
具體實(shí)施方式
十九本實(shí)施方式的超疏水芳綸纖維的制備方法按以下步驟進(jìn)行 一、將芳綸纖維用甲苯抽提池，然后水洗、烘干，得到潔凈的芳綸纖維；二、將過(guò)量的草酸鈣或磷酸三鈣加入到濃度為1. 5mol/L的稀硝酸溶液中，得到過(guò)飽和溶液；三、按步驟二得到的過(guò)飽和溶液與水的體積比為1 700的比例分別量取步驟二得到的過(guò)飽和溶液和水，將步驟二得到的過(guò)飽和溶液加熱至90°C，然后將步驟一得到的潔凈的芳綸纖維浸入到過(guò)飽和溶液中，在自然降溫的同時(shí)將量取的水逐滴加入過(guò)飽和溶液中，加完后，靜置12h ；四、將經(jīng)步驟三處理的芳綸纖維放在烘箱中，在溫度為150°C的條件下干燥2小時(shí)，得到超疏水芳綸纖維。本實(shí)施方式得到的超疏水芳綸纖維的疏水角照片如圖1所示，從圖1可以得到超疏水芳綸纖維的疏水角為155°，具有良好的疏水性。制備方法簡(jiǎn)單。
具體實(shí)施方式
二十本實(shí)施方式的超疏水芳綸纖維是在芳綸纖維的表面生長(zhǎng)有三氯苯或聚苯乙烯，單根纖維表面粗糙度為200nm 2000nm，纖維束的疏水角為150° 190°。
具體實(shí)施方式
二十一本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二十不同的是芳綸單根纖維表面粗糙度為220nm 1800nm，纖維束的疏水角為160° 180°。其它與具體實(shí)施方式
二十相同。
具體實(shí)施方式
二十二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二十不同的是芳綸單根纖維表面粗糙度為lOOOnm，纖維束的疏水角為170°。其它與具體實(shí)施方式
二十相同。
具體實(shí)施方式
二十三本實(shí)施方式的超疏水芳綸纖維的制備方法還可以按以下步驟進(jìn)行一、將芳綸纖維用有機(jī)溶劑抽提Ih 5h，然后水洗、烘干，得到潔凈的芳綸纖維； 二、將過(guò)量的三氯苯或聚苯乙烯加入到乙醇中，得到過(guò)飽和溶液；三、步驟一得到的潔凈的芳綸纖維浸入過(guò)飽和溶液中，加熱過(guò)飽和溶液使乙醇完全揮發(fā)；四、將經(jīng)步驟三處理的芳綸纖維放在烘箱中，在溫度為50°C 150°C的條件下干燥0. 5h 2h，得到超疏水芳綸纖維。本實(shí)施方式將潔凈的芳綸纖維浸沒(méi)于三氯苯或聚苯乙烯的過(guò)飽和溶液中，通過(guò)控制溶劑乙醇的揮發(fā)速度，從而使三氯苯或聚苯乙烯逐漸析出，并在纖維表面得以生長(zhǎng)。通過(guò)控制三氯苯或聚苯乙烯的加入量和溶劑的揮發(fā)速度，達(dá)到控制纖維表面粗糙度的目的。 本實(shí)施方式得到的超疏水芳綸纖維的表面粗糙度為200nm 2000nm，纖維束的疏水角為 150° 190°。制備方法簡(jiǎn)單。
具體實(shí)施方式
二十四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二十三不同的是步驟一中的有機(jī)溶劑為甲苯、乙醇、丙酮或四氫呋喃。其它與具體實(shí)施方式
二十三相同。
具體實(shí)施方式
二十五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二十三或二十四不同的是步驟一中芳綸纖維用有機(jī)溶劑抽提1.證 4. 5h。其它與具體實(shí)施方式
二十三或二十四相同。
具體實(shí)施方式
二十六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二十三或二十四不同的是步驟一中芳綸纖維用有機(jī)溶劑抽提池。其它與具體實(shí)施方式
二十三或二十四相同。
具體實(shí)施方式
二十七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二十三或二十六不同的是步驟四中干燥溫度為60°C 140°C、干燥時(shí)間為0.他 1.8h。其它與具體實(shí)施方式
二十三或二十六相同。
具體實(shí)施方式
二十八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二十三或二十六不同的是步驟四中干燥溫度為100°c、干燥時(shí)間為l.Oh。其它與具體實(shí)施方式
二十三或二十六相同。
具體實(shí)施方式
二十九本實(shí)施方式的超疏水芳綸纖維的制備方法還按以下步驟進(jìn)行一、將芳綸纖維用甲苯抽提4h，然后水洗、烘干，得到潔凈的芳綸纖維；二、將過(guò)量的三氯苯加入到乙醇中，得到過(guò)飽和溶液；三、步驟一得到的潔凈的芳綸纖維浸入步驟二得到的過(guò)飽和溶液中，加熱過(guò)飽和溶液使乙醇完全揮發(fā)；四、將經(jīng)步驟三處理的芳綸纖維放在烘箱中，在溫度為110°C的條件下干燥2小時(shí)，得到超疏水芳綸纖維。本實(shí)施方式得到的超疏水芳綸纖維表面生長(zhǎng)有三氯苯，單根纖維表面粗糙度為 1250nm，纖維束的疏水角為170°。制備方法簡(jiǎn)單。
權(quán)利要求
1.超疏水芳綸纖維，其特征在于超疏水芳綸纖維是在芳綸纖維的表面生長(zhǎng)有草酸鈣或磷酸三鈣晶體，單根纖維表面粗糙度為120nm 800nm，纖維束的疏水角為120° 190°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超疏水芳綸纖維，其特征在于芳綸纖維的單根纖維表面粗糙度為200nm 700nm，纖維束的疏水角為130° 180°。
3.如權(quán)利要求1所述的超疏水芳綸纖維的制備方法，其特征在于超疏水芳綸纖維的制備方法按以下步驟進(jìn)行一、將芳綸纖維用有機(jī)溶劑抽提Ih 紐，然后水洗、烘干，得到潔凈的芳綸纖維；二、將過(guò)量的草酸鈣或磷酸三鈣加入到濃度為0. lmol/L 2. Omol/L的稀酸溶液中，得到過(guò)飽和溶液；三、按步驟二得到的過(guò)飽和溶液與水的體積比為1 100 1000 的比例分別量取步驟二得到的過(guò)飽和溶液和水，將步驟二得到的過(guò)飽和溶液加熱至90°C 300°C，然后將步驟一得到的潔凈的芳綸纖維浸入到過(guò)飽和溶液中，在自然降溫的同時(shí)將量取的水逐滴加入過(guò)飽和溶液中，加完后，靜置Ih 24h ；四、將經(jīng)步驟三處理的芳綸纖維放在烘箱中，在溫度為100°C 200°C的條件下干燥1 2小時(shí)，得到超疏水芳綸纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超疏水芳綸纖維的制備方法，其特征在于步驟一中的有機(jī)溶劑為水或有機(jī)溶劑，如甲苯、乙醇、丙酮或四氫呋喃。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的超疏水芳綸纖維的制備方法，其特征在于具步驟一中的將芳綸纖維用有機(jī)溶劑抽提1. 5h 4.證。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超疏水芳綸纖維的制備方法，其特征在于步驟二中稀酸溶液為鹽酸溶液或硝酸溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的超疏水芳綸纖維的制備方法，其特征在于步驟二中稀酸溶液的濃度為0. 3mol/L 1. 8mol/L。
8.超疏水芳綸纖維，其特征在于超疏水芳綸纖維是在芳綸纖維的表面生長(zhǎng)有三氯苯或聚苯乙烯，單根纖維表面粗糙度為200nm 2000nm，纖維束的疏水角為150° 190°。
9.如權(quán)利要求8所述的超疏水芳綸纖維所制備方法，其特征在于超疏水芳綸纖維的制備方法按以下步驟進(jìn)行一、將芳綸纖維用有機(jī)溶劑抽提Ih 證，然后水洗、烘干，得到潔凈的芳綸纖維；二、將過(guò)量的三氯苯或聚苯乙烯加入到乙醇中，得到過(guò)飽和溶液；三、步驟一得到的潔凈的芳綸纖維浸入過(guò)飽和溶液中，加熱過(guò)飽和溶液使乙醇完全揮發(fā)；四、將經(jīng)步驟三處理的芳綸纖維放在烘箱中，在溫度為50°C 150°C的條件下干燥0. 5h 2h，得到超疏水芳綸纖維。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的超疏水芳綸纖維所制備方法，其特征在于步驟一中的有機(jī)溶劑為甲苯、乙醇、丙酮或四氫呋喃。
全文摘要
超疏水芳綸纖維及其制備方法，它涉及疏水纖維及其制備方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的芳綸纖維的疏水性差的問(wèn)題。超疏水芳綸纖維在芳綸纖維的表面生長(zhǎng)有草酸鈣或磷酸三鈣晶體；超疏水芳綸纖維的制備方法將過(guò)量的草酸鈣或磷酸三鈣的加入到稀酸中，得到過(guò)飽和溶液，將潔凈的芳綸纖維浸入其中，再向加熱的過(guò)逐滴加水，靜置，再經(jīng)干燥得到超疏水芳綸纖維；或者超疏水芳綸纖維是在芳綸纖維表面生長(zhǎng)有三氯苯或聚苯乙烯；制備方法過(guò)量的三氯苯或聚苯乙烯加入到乙醇中，得到過(guò)飽和溶液，然后將潔凈的芳綸纖維浸入過(guò)飽和溶液中，加熱過(guò)飽和溶液使乙醇完全揮發(fā)，再經(jīng)干燥，得到超疏水芳綸纖維。本發(fā)明的方法超疏水芳綸纖維可用于船舶、艦船的蒙皮材料。
文檔編號(hào)D06M101/36GK102277733SQ20111016721
公開(kāi)日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月21日
發(fā)明者劉麗, 姜再興, 黃玉東 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)