一種改性高強(qiáng)力聚芳酯纖維的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種改性高強(qiáng)力聚芳酯纖維的制備方法，將高強(qiáng)力聚芳酯纖維置于具有深冷介質(zhì)的深冷處理設(shè)備中，密閉，進(jìn)行深冷處理，然后回溫至室溫后，保溫一段時(shí)間，取出，得到改性高強(qiáng)力聚芳酯纖維。本發(fā)明工藝方法簡(jiǎn)單、操作方便，降低了改性工藝的生產(chǎn)成本，在宇宙航空、海洋資材、各種受拉構(gòu)件、體育方面、安全防護(hù)、復(fù)合材料、各種產(chǎn)業(yè)具有廣泛用途。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
-種改性高強(qiáng)力聚芳醋纖維的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于改性材料的制備領(lǐng)域，特別設(shè)及一種改性高強(qiáng)力聚芳醋纖維的制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚芳醋(PAR)又稱(chēng)芳香族聚醋，是分子主鏈上帶有芳香族環(huán)和醋鍵的熱塑性特種 工程塑料。它是一種無(wú)定形的、透明的聚合物，是與聚碳酸醋、聚諷相似的等級(jí)更高的工程 塑料。聚芳醋由于主鏈結(jié)構(gòu)中含有大量的芳環(huán)，因而具有優(yōu)異的耐熱性和良好的力學(xué)性能， 在航空航天、電子電器、汽車(chē)及機(jī)械行業(yè)、醫(yī)用品和日用品等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用。但該類(lèi) 聚芳醋也存在一些缺點(diǎn)，比方它的烙融黏度高、流動(dòng)性差，溶解性能、加工性能不好，特別是 薄壁和大件制品難于制得。
[0003] 目前，高強(qiáng)聚芳醋纖維改性主要有兩種。第一種是使用新的單體參與雙酪A與間苯 二甲酯氯、對(duì)苯二甲酯氯的聚合反應(yīng)，或用其他單體代替雙酪A來(lái)生產(chǎn)新型聚芳醋。通過(guò)引 入新的單體，改善原有的性能或增加新的性能，如:含娃單體雙[對(duì)-酷氯苯基]二甲基硅烷 部分取代對(duì)苯二甲酯氯，在聚芳醋主鏈中引入娃原子，合成所得到的含娃聚芳醋在保持了 聚芳醋一些突出性能的基礎(chǔ)上，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度明顯降低，可W在相對(duì)較低的溫度下加 工，改善了聚芳醋的加工性能，提高了其加工性，擴(kuò)大了其應(yīng)用空間。另一種方法使）在 化itika公司的U-聚合物基礎(chǔ)上制備高分子合金材料是聚芳醋。
[0004] 深冷處理又稱(chēng)超低溫處理或超亞冷處理，它是常規(guī)冷處理的延伸。深冷處理工藝 一般被認(rèn)為是W液氮作為深冷介質(zhì)，將被處理樣品裝在一定的容器內(nèi)，不同的材料按其特 定的降溫曲線，控制降溫速率，緩慢地將樣品降到液氮溫度，保溫一定時(shí)間，再按升溫曲線， 緩慢升到室溫的處理過(guò)程。運(yùn)種工藝不僅主要用于黑色金屬材料及其合金，有色金屬材料 及其合金等，能使金屬工具在抗磨料磨損、抗腐蝕磨損、減少內(nèi)應(yīng)力W及提高材料的穩(wěn)定性 等方面都顯示出一定程度的改善。
[0005] 迄今為止，將深冷處理工藝應(yīng)用于高強(qiáng)聚芳醋纖維的改性處理中，還未見(jiàn)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種改性高強(qiáng)力聚芳醋纖維的制備方法，本發(fā) 明操作簡(jiǎn)單，提高纖維耐磨性能，增大高強(qiáng)聚芳醋纖維粗糖度，進(jìn)而改善其與樹(shù)脂基體界面 間的黏接性能，提高聚芳醋纖維綜合性能的深冷處理工藝，本發(fā)明的深冷處理工藝過(guò)程及 深冷處理設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，與其他改性處理工藝相比，更節(jié)約能源及生產(chǎn)成本，具有良好的發(fā) 展前景。
[0007] 本發(fā)明的一種改性高強(qiáng)力聚芳醋纖維的制備方法，包括：
[0008] 將高強(qiáng)力聚芳醋纖維置于具有深冷介質(zhì)的深冷處理設(shè)備中，容器密閉，進(jìn)行深冷 處理，然后回溫至室溫后，保溫一段時(shí)間，取出，得到改性高強(qiáng)力聚芳醋纖維；
[0009] 其中深冷處理工藝參數(shù)為：降溫速度為0.5°C/min-l(TC/min，處理溫度為恒溫零 下90°C至零下200°C，處理時(shí)間為化-I化;循環(huán)處理1-10次。
[0010] 所述高強(qiáng)力聚芳醋纖維為高分子熱致液晶高強(qiáng)聚芳醋纖維。
[0011] 所述高分子熱致液晶高強(qiáng)聚芳醋纖維為U-聚合物（日本的化it化a公司）、Vectran 纖維（日本可樂(lè)麗與塞拉尼斯公司合作生產(chǎn)）、Isaryl 15纖維（奧地利Isovlta公司）、 Isaryl25纖維（奧地利Isovlta公司）中的一種。
[0012] 高強(qiáng)力聚芳醋纖維直接（自然狀態(tài)下）進(jìn)行深冷處理或在拉伸條件下進(jìn)行深冷處 理；
[OOU] 其中拉伸范圍為〇.〇5%-〇.5%。
[0014] 所述深冷環(huán)境(深冷介質(zhì))為液氮環(huán)境或其他方式得到的超低溫環(huán)境。
[0015] 所述深冷處理，等同于超低溫處理或超亞冷處理，指的是將被處理對(duì)象置于特定 的、可控的低溫環(huán)境中，使其材料的微觀組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化，從而達(dá)到提高或改善材料性能 的一種方法。
[0016] 所述降溫為采用機(jī)器程序降溫，緩慢降溫。
[0017] 所述回溫為采用程序回溫或直接將高強(qiáng)聚芳醋纖維取出放置在室溫環(huán)境下自動(dòng) 回溫。
[0018] 所述程序回溫速率為rc/min-10°c/min。
[0019] 為加強(qiáng)深冷處理的效果，采用循環(huán)多次處理的方式進(jìn)行深冷處理，每次深冷處理 參數(shù)相同或不同，循環(huán)處理次數(shù)為3-10次。
[0020] 高強(qiáng)聚芳醋纖維進(jìn)行深冷處理W提高其綜合性能的改性方法，綜合性能包括高強(qiáng) 聚芳醋纖維與樹(shù)脂的界面結(jié)合性能、纖維的表面粗糖度、拉伸性能、耐磨損性能等。
[0021] 本發(fā)明由于采用深冷處理，既能在提高高強(qiáng)聚芳醋纖維的耐磨損性能和拉伸性能 的前提下，同時(shí)明顯地改善高強(qiáng)聚芳醋纖維與樹(shù)脂基體的粘結(jié)性能，可顯著提高高強(qiáng)聚芳 醋纖維增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料的整體力學(xué)性能，且工藝方法簡(jiǎn)單、操作方便，降低改性工藝的生 產(chǎn)成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，擁有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。
[0022] 本發(fā)明將高強(qiáng)聚芳醋纖維通過(guò)程序緩慢降溫，置于深冷介質(zhì)中進(jìn)行處理，并通過(guò) 程序控溫緩慢回溫或室溫環(huán)境下自動(dòng)回溫，并根據(jù)要求進(jìn)行循環(huán)處理。然后保溫一段時(shí)間。 緩慢降溫和回溫能使纖維材料結(jié)構(gòu)緩慢變形，不產(chǎn)生結(jié)構(gòu)損壞;循環(huán)處理可W增強(qiáng)改性的 效果。
[0023] 本發(fā)明能夠永久的提高聚芳醋的拉伸強(qiáng)力，界面粘合性能和耐磨性。拉伸強(qiáng)力和 耐磨性能的提高，有利于延長(zhǎng)高強(qiáng)聚芳醋纖維在繩網(wǎng)材料中的使用壽命;界面粘合性能的 提高可增強(qiáng)高強(qiáng)聚芳醋纖維與樹(shù)脂基體界面間的黏接能力，使復(fù)合材料內(nèi)部的應(yīng)力能夠均 勻傳遞，W滿(mǎn)足高性能高強(qiáng)聚芳醋纖維增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料的需求。本發(fā)明工藝方法簡(jiǎn)單、操 作方便，降低了改性工藝的生產(chǎn)成本，在宇宙航空、海洋資材、各種受拉構(gòu)件、體育方面、安 全防護(hù)、復(fù)合材料、各種產(chǎn)業(yè)具有廣泛用途。
[0024] 有益效果
[0025] (1)本發(fā)明中經(jīng)深冷處理的高強(qiáng)聚芳醋纖維具有更為優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，提高 纖維材料特別是高強(qiáng)聚芳醋繩網(wǎng)材料的使用壽命；
[0026] (2)本發(fā)明中高強(qiáng)聚芳醋纖維經(jīng)深冷處理后表面粗糖化，表明能增加的同時(shí)與樹(shù) 脂基體的接觸面積也增大，有利于高強(qiáng)聚芳醋纖維與樹(shù)脂形成良好的粘合界面，提高聚芳 醋增強(qiáng)復(fù)合材料的綜合性能；
[0027] (3)本發(fā)明的深冷處理工藝過(guò)程及深冷處理設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，與其他改性處理工藝 相比，更節(jié)約能源及生產(chǎn)成本，具有良好的發(fā)展前景；
[0028] (4)本發(fā)明所述深冷處理技術(shù)W液氮作為冷源，利用其相變(氣化)吸熱來(lái)獲得低 溫環(huán)境、無(wú)毒無(wú)味、環(huán)境友好，屬于綠色制造技術(shù)范疇。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，運(yùn)些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可W對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，運(yùn)些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定 的范圍。
[0030] 實(shí)施例1
[0031] 將清潔的Vectran纖維放置在深冷處理設(shè)備（SLX-30)中。將深冷處理設(shè)備的容器 蓋緊，W免低溫液氮泄露，影響溫度控制的準(zhǔn)確性及處理效果，設(shè)置深冷處理工藝參數(shù)。按 表1中的深冷處理參數(shù)表設(shè)定深冷處理參數(shù)即可。
[0032] 表1深冷處理參數(shù)表
[0033]
[0034] 處理完畢后，容器環(huán)境溫度達(dá)到室溫后保溫1個(gè)小時(shí)，將Vectran纖維取出，即完成 改性處理過(guò)程。深冷處理前，Vec化an纖維的強(qiáng)度24cN/dtex,模量500cN/化ex,與環(huán)氧樹(shù)脂 的界面剪切強(qiáng)度42MPa。深冷處理后，纖維強(qiáng)度27.3cN/dtex，模量590cNAltex，與環(huán)氧樹(shù)脂 界面剪切強(qiáng)度50MPa。通過(guò)表面凹凸不平的金屬漉對(duì)纖維進(jìn)行耐磨測(cè)試，結(jié)果顯示:深冷處 理前后Vectran纖維的磨斷時(shí)間由50秒延長(zhǎng)至70秒，耐磨性提高了 40%。
[0035] 實(shí)施例2
[0036] 將清潔的U-聚合物纖維放置在深冷處理設(shè)備(SLX-30)中。將深冷處理設(shè)備的容器 蓋緊，W免低溫液氮泄露，影響溫度控制的準(zhǔn)確性及處理效果，設(shè)置深冷處理工藝參數(shù)。按 表2中的深冷處理參數(shù)表設(shè)定深冷處理參數(shù)即可。處理前，將纖纏繞在硬質(zhì)框架上，給予一 定的拉伸張力，變形在0.1%左右，然后放入深冷箱中進(jìn)行處理。
[0037] 表2深冷處理參數(shù)表
[00；3 引
[0039] 處理完畢后，容器環(huán)境溫度達(dá)到室溫后保溫1個(gè)小時(shí)，即完成改性處理過(guò)程。深冷 處理前，U-聚合物纖維的強(qiáng)度20cN/dtex，與環(huán)氧樹(shù)脂界面剪切強(qiáng)度38MPa。深冷處理后，纖 維強(qiáng)度23cN/dtex，與環(huán)氧樹(shù)脂界面剪切強(qiáng)度46MPa。通過(guò)表面凹凸不平的金屬漉對(duì)纖維進(jìn) 行耐磨測(cè)試，結(jié)果顯示:U-聚合物纖維的磨斷時(shí)間由45秒延長(zhǎng)至60秒，耐磨性提高了 33%。
[0040] 實(shí)施例3
[0041] 將清潔的IsaryllS纖維放置在深冷處理設(shè)備(SLX-30)中。將深冷處理設(shè)備的容器 蓋緊，W免低溫液氮泄露，影響溫度控制的準(zhǔn)確性及處理效果，設(shè)置深冷處理工藝參數(shù)。因 此，可按表3中的深冷處理參數(shù)表設(shè)定深冷處理參數(shù)即可。處理前，將纖纏繞在硬質(zhì)框架上， 給予一定的拉伸張力，變形在0.1%左右，然后放入深冷箱中進(jìn)行處理。
[0042] 表3深冷處理參數(shù)表
[0043]
[0044] 處理完畢后，容器環(huán)境溫度達(dá)到室溫后保溫一個(gè)小時(shí)，即完成改性處理過(guò)程。深冷 處理前，Isa巧1 15纖維的強(qiáng)度21cN/dtex，與環(huán)氧樹(shù)脂界面剪切強(qiáng)度36MPa。深冷處理后，纖 維強(qiáng)度24.2cN/dtex，與環(huán)氧樹(shù)脂界面剪切強(qiáng)度46MPa。通過(guò)表面凹凸不平的金屬漉對(duì)纖維 進(jìn)行耐磨測(cè)試，結(jié)果顯示= Isaryl 15纖維的磨斷時(shí)間由52秒延長(zhǎng)至72秒，耐磨性提高了
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種改性高強(qiáng)力聚芳酯纖維的制備方法，包括： 將高強(qiáng)力聚芳酯纖維置于具有深冷介質(zhì)的深冷處理設(shè)備中，密閉，進(jìn)行深冷處理，然后 回溫至室溫后，得到改性高強(qiáng)力聚芳酯纖維； 其中深冷處理工藝參數(shù)為：降溫速度為0.5°c/min-10°c/min，處理溫度為恒溫零下90 °C至零下200 °C，處理時(shí)間為3h-l 5h;循環(huán)處理1-10次。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改性高強(qiáng)力聚芳酯纖維的制備方法，其特征在于:所述高 強(qiáng)力聚芳酯纖維為高分子熱致液晶高強(qiáng)聚芳酯纖維。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種改性高強(qiáng)力聚芳酯纖維的制備方法，其特征在于:所述高 分子熱致液晶高強(qiáng)聚芳酯纖維為U-聚合物、Vectran纖維、Isaryll5纖維、Isaryl25纖維中 的一種。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改性高強(qiáng)力聚芳酯纖維的制備方法，其特征在于:高強(qiáng)力 聚芳酯纖維直接進(jìn)行深冷處理或在拉伸條件下進(jìn)行深冷處理;其中拉伸0.05%-0.5%。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改性高強(qiáng)力聚芳酯纖維的制備方法，其特征在于:所述深 冷介質(zhì)為液氮。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改性高強(qiáng)力聚芳酯纖維的制備方法，其特征在于:所述降 溫為采用機(jī)器程序降溫。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改性高強(qiáng)力聚芳酯纖維的制備方法，其特征在于:所述回 溫為采用程序回溫。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種改性高強(qiáng)力聚芳酯纖維的制備方法，其特征在于:所述程 序回溫速率為l°C/min-10°C/min。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改性高強(qiáng)力聚芳酯纖維的制備方法，其特征在于:采用循 環(huán)處理的方式進(jìn)行深冷處理，每次深冷處理參數(shù)相同或不同，循環(huán)次數(shù)為3-10次。
【文檔編號(hào)】D06M10/00GK105821645SQ201610357555
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年5月26日
【發(fā)明人】許福軍, 張昆, 陳志良
【申請(qǐng)人】東華大學(xué)