芳綸表面改性的方法及其產品及產品的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種芳綸表面改性的方法及其產品及產品的制備方法。本發明本發明是以紫外光為輻照源在空氣中對芳綸進行輻照改性，改善芳綸纖維表面性能，從而提高芳綸纖維與天然橡膠的界面黏合強度，最大限度地發揮芳綸的補強效果；輻照改性能激發芳綸纖維表面官能團活性，這些活性官能團可以與天然橡膠基體發生物理交聯或者化學反應，從而增加界面粘合性；并且輻照改性還對芳綸纖維表面進行了刻蝕，使芳綸纖維表面的粗糙度增加，從而增加纖維的表面積，使芳綸纖維和天然橡膠的機械咬合增強，增加兩者間的界面粘合強度。本發明具有安全、高效率、污染小、低能耗、設備簡單適合工業化生產等優點，在芳綸纖維改性中有較好的發展前景。本發明的制備方法工藝簡單、易操作，非常適宜工業化生產。
【專利說明】
芳綸表面改性的方法及其產品及產品的制備方法
技術領域
[0001] 本發明涉及高分子材料領域，尤其是一種芳綸表面改性的方法及其產品的制備方 法。
【背景技術】
[0002] 芳綸纖維(AF)是一種在聚酰胺主鏈中引入苯環構成的線型高分子纖維。具有高拉 伸強度、高拉伸模量；良好的耐疲勞性、耐化學腐蝕性和尺寸穩定性。且具有高耐熱、低膨 脹、低導熱、不燃、不溶等優異的熱性能以及優良的介電性能。其強度可達到鋼絲的6倍，模 量為鋼絲3倍，韌性是鋼絲的2倍，而重量僅為鋼絲的1/5。然而，由于芳綸纖維內苯環的位 阻效應以及沿軸向取向高度結晶，酰胺基團很難與其它原子或基團發生作用，使其表面活 性官能團較少，形成氫鍵的能力較低，導致芳綸纖維與基體的粘合性差，影響其優異力學性 能的發揮。因此必須在使用前對其進行表面活化處理，通過降低纖維的表面取向度或者增 加一些活性基團，提高其與基體界面粘接強度，來改善芳綸纖維與天然橡膠的界面相容性。
[0003] 目前，對芳綸進行表面改性的方法以提高其與橡膠基體復合性能的技術研究采用 化學接枝、表面涂層等化學方法對芳綸表面引入活性基團，使芳綸纖維與基體之間形成共 價鍵，從而增強纖維和基體之間的界面作用力。化學法處理芳綸纖維表面效果顯著，但由于 反應速度快難以控制、連續化生產困難、易對環境造成污染，不易實現工業化生產。
【發明內容】
[0004] 本發明所要解決的技術問題是提供一種芳綸表面改性的方法及其產品的制備方 法，它能顯著提高芳綸纖維和天然橡膠的界面粘結強度，從而提高其復合材料的性能，并且 適用于工業化生產，以克服現有技術的不足。
[0005] 本發明是這樣實現的：芳綸表面改性的方法，先將芳綸纖維進行干燥，將干燥后的 芳綸纖維平鋪為一層，再用紫外燈在距離芳綸10-30cm處進行輻照，在常溫常壓條件下，輻 射時間為1 -60分鐘，獲得改性芳綸。
[0006] 所述的紫外光波長為264nm，紫外燈功率為500-1000W。
[0007]在紫外輻照改性前，先在常溫下用丙酮超聲清洗芳綸纖維3-4小時，然后在80°C下 烘2小時，使芳綸纖維干燥，去除表面雜質。
[0008]改性芳綸與天然橡膠復合材料，包括90-110份天然橡膠3-10份改性芳綸，1.5-2份 硫磺及14-18份配合劑。
[0009]改性芳綸與硫化天然橡膠復合材料的制備方法，其特征在于：按上述的重量分數 稱各組分，將天然橡膠及改性芳綸在80-100 °C下于密煉機中混煉7-9分鐘，然后在40-60 °C 的雙輥開煉機上混煉，再加入硫磺硫化劑及配合劑，薄通4-8次，得到混煉膠，將混煉膠按照 硫化儀測定的正硫化時間tc90硫化，制備獲得改性芳纟侖與天然橡膠復合材料。
[0010]與現有技術相比，本發明是以紫外光為輻照源在空氣中對芳綸進行輻照改性，改 善芳綸纖維表面性能，從而提高芳綸纖維與天然橡膠的界面黏合強度，最大限度地發揮芳 綸的補強效果;輻照改性能激發芳綸纖維表面官能團活性，這些活性官能團可以與天然橡 膠基體發生物理交聯或者化學反應，從而增加界面粘合性;并且輻照改性還對芳綸纖維表 面進行了刻蝕，使芳綸纖維表面的粗糙度增加，從而增加纖維的表面積，使芳綸纖維和天然 橡膠的機械咬合增強，增加兩者間的界面粘合強度。本發明具有安全、高效率、污染小、低能 耗、設備簡單適合工業化生產等優點，在芳綸纖維改性中有較好的發展前景。本發明的制備 方法工藝簡單、易操作，非常適宜工業化生產。
【具體實施方式】
[0011] 本發明的實施例1:芳綸纖維的表面改性方法，將芳綸纖維束放置在燒杯中用丙酮 浸泡，放于超聲波清洗器中清洗4h，除去其表面附著的雜質，再在80°C下烘干，然后將芳綸 纖維剪成5mm長的短纖維，密封備用。
[0012] 將3份芳綸纖維與50份天然橡膠加入橡塑密煉機(XSM-05型，上海科創橡塑機械設 備有限公司）制成母煉膠;再將50份天然橡膠、母煉膠、5份氧化鋅、4份硬脂酸、1.5份防 老劑4020、0.5份促進劑D、2.21份促進劑M、1.97份促進劑DM、0.33份促進劑TMTD及1.71份硫 磺硫化劑，依次加入雙輥開煉機中進行混煉，混煉1 Omin后出片，放置24h以消除內應力。裁 剪適當的膠片，用無轉子硫化儀測定膠片的正硫化時間，再根據硫化儀測得的正硫化時間， 在平板硫化機中硫化制樣，得到芳綸纖維與天然橡膠復合材料。
[0013] 本發明的實施例2:芳綸纖維的表面改性方法，將芳綸纖維束放置在燒杯中用丙酮 浸泡，放于超聲波清洗器中清洗4h，除去其表面附著的雜質，再在80°C下烘干，將干燥后的 芳綸纖維平鋪為一層，采用紫外光波長為264nm，功率為800W的紫外燈，在距離芳綸20cm處 進行輻照，在常溫常壓條件下，輻射時間為4分鐘，然后將芳綸纖維剪成5mm長的短纖維，獲 得改性芳綸，密封備用。
[0014] 將3份改性芳綸與50份天然橡膠加入橡塑密煉機(XSM-05型，上海科創橡塑機械設 備有限公司）制成母煉膠;再將50份天然橡膠、母煉膠、5份氧化鋅、4份硬脂酸、1.5份防老劑 4020、0.5份促進劑D、2.21份促進劑M、1.97份促進劑DM、0.33份促進劑TMTD及1.71份硫磺硫 化劑，依次加入雙輥開煉機中進行混煉，混煉lOmin后出片，放置24h以消除內應力。裁剪適 當的膠片，用無轉子硫化儀測定膠片的正硫化時間，再根據硫化儀測得的正硫化時間，在平 板硫化機中硫化制樣，得到改性芳綸與天然橡膠復合材料。
[0015] 本發明的實施例3:芳綸纖維的表面改性方法，將芳綸纖維束放置在燒杯中用丙酮 浸泡，放于超聲波清洗器中清洗4h，除去其表面附著的雜質，再在80°C下烘干，將干燥后的 芳綸纖維平鋪為一層，采用紫外光波長為264nm，功率為1000W的紫外燈，在距離芳綸20cm處 進行輻照，在常溫常壓條件下，輻射時間為8分鐘，然后將芳綸纖維剪成5mm長的短纖維，獲 得改性芳綸，密封備用。
[0016] 將3份改性芳綸與50份天然橡膠加入橡塑密煉機(XSM-05型，上海科創橡塑機械設 備有限公司）制成母煉膠;再將50份天然橡膠、母煉膠、5份氧化鋅、4份硬脂酸、1.5份防老劑 4020、0.5份促進劑D、2.21份促進劑M、1.97份促進劑DM、0.33份促進劑TMTD及1.71份硫磺硫 化劑，依次加入雙輥開煉機中進行混煉，混煉lOmin后出片，放置24h以消除內應力。裁剪適 當的膠片，用無轉子硫化儀測定膠片的正硫化時間，再根據硫化儀測得的正硫化時間，在平 板硫化機中硫化制樣，得到改性芳綸與天然橡膠復合材料。
[0017] 通過對實例1~實例3所得到的三種復合材料進行力學性能檢測，結果見表1。
[0018] 根據表1的實驗結果可知，本發明制備得到的改性芳綸/橡膠復合材料的力學性能 好于未改性芳綸/橡膠復合材料的力學性能，本發明具有具有安全、高效率、污染小、低能 耗、設備簡單適合工業化生產的優點，且制備的芳綸增強橡膠復合材料力學性能有明顯優 勢。
【主權項】
1. 一種芳綸表面改性的方法，其特征在于:先將芳綸纖維進行干燥，將干燥后的芳綸纖 維平鋪為一層，再用紫外燈在距離芳綸10-30cm處進行輻照，在常溫常壓條件下，輻射時間 為1-60分鐘，獲得改性芳綸。2. 根據權利要求1所述的芳綸表面改性的方法，其特征在于：所述的紫外光波長為 264nm，紫外燈功率為500-100013. 根據權利要求1所述的芳綸表面改性的方法，其特征在于:在紫外輻照改性前，先在 常溫下用丙酮超聲清洗芳綸纖維3-4小時，然后在80°C下烘2小時，使芳綸纖維干燥，去除表 面雜質。4. 一種采用如權利要求1所述改性芳纟侖的改性芳纟侖與天然橡膠復合材料，其特征在于： 按質量份數計算，包括90-110份天然橡膠3-10份改性芳纟侖，1.5-2份硫磺及14-18份配合劑。5. -種如權利要求4所述的改性芳綸與硫化天然橡膠復合材料的制備方法，其特征在 于:按上述的重量分數稱各組分，將天然橡膠及改性芳綸在80-100 °C下于密煉機中混煉7-9 分鐘，然后在40-60°C的雙輥開煉機上混煉，再加入硫磺硫化劑及配合劑，薄通4-8次，得到 混煉膠，將混煉膠按照硫化儀測定的正硫化時間tc90硫化，制備獲得改性芳綸與天然橡膠 復合材料。
【文檔編號】C08L77/10GK105986465SQ201610276688
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年4月29日
【發明人】熊玉竹, 戴駿, 崔凌峰, 李鑫
【申請人】貴州大學