一种芳纶纤维的化学改性方法及改性装置的制造方法
一种芳纶纤维的化学改性方法及改性装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种芳纶纤维的改性方法及改性装置，更具体地说，本发明涉及一种芳纶纤维的化学改性方法及改性装置，属于化学合成纤维改性技术领域。
【背景技术】
[0002]对位芳纶主要包括芳纶II和芳纶III两种纤维。芳纶II由聚对苯二甲酰对苯二胺聚合物通过干喷湿纺法制造而成；芳纶III由在芳纶II分子结构中引入一个含有杂环结构的第三单体经过共聚反应制成聚合物后通过湿法纺丝法制造而成。两种纤维均可应用于增强复合材料。
[0003]对位芳纶力学性能优异，尤其是芳纶III纤维广泛用于高性能复合材料领域。但是由于芳纶纤维表面呈化学惰性，导致纤维表面与树脂基体之间粘接力较弱，目前还没有完全发挥对位芳纶增强复合材料的全部潜力。因此需要对纤维进行表面改性，增大纤维表面极性，提高纤维表面性能，增强纤维与树脂基体界面间的复合能力。
[0004]国家知识产权局于2009.4.15公开了一件公开号为CN101407995，名称为“芳纶纤维表面改性方法”的发明，该发明涉及一种芳纶纤维表面改性方法。包括下述步骤:(I)芳纶纤维的表面处理；(2)芳纶纤维的水解；(3)采用界面聚合法接枝液晶单体4，4- 二羟基-α，α 二甲基苄联氮:①制备水相:将水解至中性位芳纶纤维、4，4_ 二羟基_α，α 二甲基苄联氮、氢氧化钠和季胺盐溶于水中；②制备有机相:将二元酸酰氯溶于有机溶剂中；③将有机相迅速倒入水相中，快速搅拌，进行反应，将产物倒入的沉淀剂中，搅拌、过滤，然后进行洗涤提纯，直到洗液澄清为止，进行干燥后即得改性芳纶纤维。使芳纶纤维表面带有液晶性能的刚性支链，形成树叉状微观形貌，有助于增强芳纶纤维与基体的结合力，提高力学性能。
[0005]上述现有技术接枝单体主要是4，4- 二羟基-α，α 二甲基苄联氮，使用的二元酸酰氯只是一种辅助反应试剂，此技术中起改性作用的主要是4，4-二羟基-α，α 二甲基苄联氮，力学性能提高比较有限。上述现有技术只能处理芳纶粉末和短切纤维，无法处理芳纶长丝纤维。另外，上述技术的界面聚合法的化学反应速度慢，工序多，工艺流程太长，首先纤维洗涤处理需要l_5h，然后纤维水解反应需要4-9h，接着化学接枝反应需要5-30min，最后真空干燥需要16-24h，这种技术生产时间太长，生产成本太高，不具有工业化应用价值。
[0006]对芳纶纤维进行化学改性，很多化学工作者做出了许多贡献。常见的是:基于酰胺键的化学反应，例如Na金属化反应和异氰酸酯反应；以及基于苯环的化学反应，例如硝化还原反应，氯磺化反应和溴化反应。
[0007]利用Na金属化反应改性芳纶纤维表面的技术，由NaH和DMSO反应得到的甲基亚硫酰基卡宾钠与芳纶表面分子链上酰胺链上的仲氮氢反应，生成能溶解于DMSO中的金属化的芳纶大分子。这种大分子能与不同的脂肪烃或芳香烃卤化物反应，得到几乎完全反应的N-取代的芳纶纤维。结果表明，接枝溴乙酸后芳纶/环氧树脂ILSS值增加12%，接枝环氧氯丙烷后芳纶/环氧树脂ILSS值增加8%。
[0008]用异氰酸酯取代酰胺键上的氢原子，从而引入高活性的异氰酸酯基团，再与水反应，将异氰酸酯基团转变成胺基，从而提高纤维表面活性。例如利用已烷二异腈酸脂与芳纶表面分子链反应，发现此方法能提高纤维与树脂基体的接合力，并能提高复合材料的拉伸模量，同时减少纤维与树脂界面的缺陷尺寸。
[0009]硝化还原反应是将芳纶纤维浸没在硝化反应介质中，在一定温度和时间下硝化试剂与纤维反应，在纤维分子链苯环上引入硝基，然后用还原剂将硝基还原成氨基，从而在纤维表面引入极性基团，提高纤维表面粘接性能。
[0010]氯磺化反应是指用氯磺酸处理芳纶，在纤维表面引入氯磺酰基团(-SO2CI),然后与其它含有活性官能团(-0H，-NH2, -NHNH2等基团)的物质反应，在芳纶纤维表面接枝上极性基团，提高纤维表面粘接性能。
[0011]溴化反应是将芳纶纤维与溴化试剂反应后再通过胺解反应在纤维表面引入胺基官能团的改性方法。反应性胺基官能团的引入能显著提高纤维与环氧树脂基体的粘接性會K。
[0012]总的来说，上述针对芳纶的化学改性技术，存在以下问题:
1、对芳纶纤维的改性效果有限，特别是芳纶与环氧树脂的接合力和力学性能提高有限；
2、一次只能处理少量的纤维，生产效率较低，在工业上普及应用有相当的难度。
【发明内容】
[0013]本发明旨在解决芳纶在应用于增强复合材料过程中，现有化学改性方法对芳纶纤维的改性效果有限的问题，提供一种芳纶纤维的化学改性方法，该方法通过在纤维表面引入化学活性基团，显著提高了芳纶与环氧树脂基体间的界面接合力，提高了芳纶纤维的力学性能。
[0014]本发明的另一个目的在于解决现有化学改性中一次只能处理少量的纤维，生产效率较低，在工业上普及应用有相当的难度的问题，提供一种相应的改性装置，能够提高改性处理的效率。
[0015]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
一种芳纶纤维的化学改性方法，其特征在于:包括以下工艺步骤:
A、配制表面改性处理剂
在惰性气体保护下，将酰氯类活性反应试剂或酸酐类活性反应试剂溶解在无水强极性有机溶剂中，配制成为活性溶剂体系，即表面改性处理剂；所述的酰氯类活性反应试剂为乙酰氯、丙酰氯、氯乙酰氯、二氯乙酰氯、三氯乙酰氯、亚硫酰氯、氯丙酰氯中任意一种或者任意比例的几种混合；所述的酸酐类活性反应试剂为乙酸酐、丙酸酐、氟代乙酸酐、氯代乙酸酐、溴代乙酸酐、碘代乙酸酐中任意一种或者任意比例的几种混合；所述的强极性有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N，N- 二甲基乙酰胺、N，N- 二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、六甲基磷酰三胺中的任意一种或者任意比例的几种混合；
B、改性处理
将芳纶纤维置于惰性气体保护下的改性装置中，再将表面改性处理剂送入所述改性装置内，使表面改性处理剂中的酰氯类活性反应试剂或酸酐类活性反应试剂与芳纶纤维反应，进行改性处理；
C、洗涤干燥
将经过改性处理后的芳纶纤维通过洗涤、干燥后得到改性芳纶纤维产品。
[0016]本发明在步骤A和步骤B中，所述的惰性气体为氮气、氦气中任意一种。其中更优选的为高纯度氮气。
[0017]本发明在步骤A中，所述的酰氯类活性反应试剂或酸酐类活性反应试剂溶解在无水强极性有机溶剂中的体积百分比浓度为10-50%。
[0018]本发明在步骤B中，所述的反应温度为30_50°C，反应时间为10_20min。
[0019]本发明在步骤C中，所述的洗涤采用50-80°C的去离子水洗涤，所述的干燥的温度为 120-140 0C ο
[0020]一种芳纶纤维的化学改性装置，其特征在于:包括反应容器、设置在所述反应容器内的卷绕筒和设置在所述反应容器外的循环泵；所述卷绕筒的顶部和底部为封闭，底部通过管道与所述循环泵的一端连接，而所述循环泵的另一端通过管道与所述反应容器的外壁连接，并且与所述卷绕筒的外壁和所述反应容器的内壁之间的空间连通；所述卷绕筒的筒体侧壁上设置有多个通孔。
[0021]本发明所述的卷绕筒的顶部为可拆卸的封头。
[0022]本发明所述的循环泵的另一端通过管道与所述反应容器的外壁连接是指与所述反应容器侧面的外壁连接。
[0023]本发明所述的通孔均匀分布在上述卷绕筒的筒体侧壁上，且所述通孔都为相互交错排布。
[0024]本发明所述的通孔的孔径与所述卷绕筒的直径的比例为1:6-1:12。
[0025]本发明所述的通孔的孔径与所述通孔之间的孔距的比例为1:2-1: 3。
[0026]本发明带来的有益技术效果:
1、本发明解决了芳纶在应用于增强复合材料过程中，现有化学改性方法对芳纶纤维的改性效果有限的问题，采用特定的酰氯类活性反应试剂或酸酐类活性反应试剂溶解在无水强极性有机溶剂中，对芳纶纤维进行化学改性，改性后芳纶纤维的表面性能显著提高，芳纶纤维与环氧树脂基体之间接合力显著增强，经过改性后的芳纶纤维层间剪切强度可达到50-59MPa。另外，本发明在对芳 纶进行表面改性的同时，还能提高纤维的柔软性和分散性，提高纤维应用性能。
[0027]2、本发明在步骤A中，优选的酰氯类活性反应试剂或酸酐类活性反应试剂溶解在无水强极性有机溶剂中的体积百分比浓度为10-50%。上述浓度范围能够提高化学反应的效率，同时避免了浪费，降低了原料成本。
[0028]3、本发明在步骤B中，优选的反应温度为30-50°C ;本发明在步骤B中，所述的反应时间为10-20min。上述温度和时间的控制范围平衡了化学反应的速度和效率，使得反应速度加快，提高了效率，且能够使反应更加充分，反应过程易于控制。
[0029]4、本发明还解决了现有化学改性中一次只能处理少量的纤维，生产效率较低，在工业上普及应用有相当的难度的问题，提供一种相应的改性装置，能够对芳纶纤维进行大批量改性处理，且表面改性处理与芳纶纤维接触更加均匀，提高了改性的均匀性和一致性。相对于常规的化学改性技术，本发明的装置技术易于在工业上普及应用，极大地提高了生产效率。
[0030]5、本发明所述的卷绕筒的顶部为可拆卸的封头。可拆卸的封头便于对卷绕筒内部进行维护和清理，延长装置的使用寿命。
[0031]6、本发明优选的通孔均匀分布在上述卷绕筒的筒体侧壁上，且所述通孔都为相互交错排布。上述优选的卷绕筒上通孔在圆周方向的排列方式为通孔等距(均匀)交错排列，即相邻的三个孔洞呈正三角形分布。这种排布方式有利于表面改性处理剂与芳纶纤维充分均匀接触，使不同部位处的纤维改性更加均匀。
[0032]7、本发明优选的通孔的孔径与所述卷绕筒的直径的比例为1:6-1:12 ;本发明优选的通孔的孔径与所述通孔之间的孔距的比例为1:2-1:3。上述两个比例范围限定了通孔的孔径，能够防止靠近卷绕筒外壁的纤维受到损伤，不会影响卷绕筒的结构刚度；同时使得表面改性处理剂更加有利于浸渍芳纶纤维，提高改性效果；最好能够保持相对较低的卷绕筒加工成本。
【附图说明】
[0033]图1是本发明芳纶纤维的化学改性装置的结构示意图。
[0034]图2是本发明芳纶纤维的化学改性装置卷绕筒的结构示意图。
[0035]附图标记:1为反应容器、2为卷绕筒、3为循环泵、4为通孔、5为封头、6为芳纶纤维。
【具体实施方式】
[0036]实施例1
一种芳纶纤维的化学改性方法，包括以下工艺步骤:
A、配制表面改性处理剂
在惰性气体保护下，将酰氯类活性反应试剂或酸酐类活性反应试剂溶解在无水强极性有机溶剂中，配制成为活性溶剂体系，即表面改性处理剂；所述的酰氯类活性反应试剂为乙酰氯、丙酰氯、氯乙酰氯、二氯乙酰氯、三氯乙酰氯、亚硫酰氯、氯丙酰氯中任意一种或者任意比例的几种混合；所述的酸酐类活性反应试剂为乙酸酐、丙酸酐、氟代乙酸酐、氯代乙酸酐、溴代乙酸酐、碘代乙酸酐中任意一种或者任意比例的几种混合；所述的强极性有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N，N- 二甲基乙酰胺、N，N- 二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、六甲基磷酰三胺中的任意一种或者任意比例的几种混合；
B、改性处理
将芳纶纤维置于惰性气体保护下的改性装置中，再将表面改性处理剂送入所述改性装置内，使表面改性处理剂中的酰氯类活性反应试剂或酸酐类活性反应试剂与芳纶纤维反应，进行改性处理；
C、洗涤干燥
将经过改性处理后的芳纶纤维通过洗涤、干燥后得到改性芳纶纤维产品。
[0037]上述基本技术方案中，采用特定的酰氯类活性反应试剂或酸酐类活性反应试剂溶解在无水强极性有机溶剂中，对芳纶纤维进行化学改性，改性后芳纶纤维的表面性能显著提高，芳纶纤维与环氧树脂基体之间接合力显著增强，经过改性后的芳纶纤维层间剪切强度可达到50-59MPa。另外，本发明在对芳纶进行表面改性的同时，还能提高纤维的柔软性和分散性，提高纤维应用性能。
[0038]实施例2
在实施例1的基础上:
优选的，在步骤A中，所述的酰氯类活性反应试剂或酸酐类活性反应试剂溶解在无水强极性有机溶剂中的体积百分比浓度为10%。
[0039]优选的，在步骤B中，所述的反应温度为30°C，反应时间为lOmin。
[0040]优选的，在步骤C中，所述的洗涤采用50°C的去离子水洗涤，所述的干燥的温度为120。。。
[0041]实施例3
在实施例1的基础上:
优选的，在步骤A中，所述的酰氯类活性反应试剂或酸酐类活性反应试剂溶解在无水强极性有机溶剂中的体积百分比浓度为50%。
[0042]优选的，在步骤B中，所述的反应温度为50°C，反应时间为20min。
[0043]优选的，在步骤C中，所述的洗涤采用80°C的去离子水洗涤，所述的干燥的温度为140。。。
[0044]实施例4
在实施例1的基础上:
优选的，在步骤A中，所述的酰氯类活性反应试剂或酸酐类活性反应试剂溶解在无水强极性有机溶剂中的体积百分比浓度为30%。
[0045]优选的，在步骤B中，所述的反应温度为40°C，反应时间为15min。
[0046]优选的，在步骤C中，所述的洗涤采用65°C的去离子水洗涤，所述的干燥的温度为130。。。
[0047]实施例5
在实施例1的基础上:
优选的，在步骤A中，所述的酰氯类活性反应试剂或酸酐类活性反应试剂溶解在无水强极性有机溶剂中的体积百分比浓度为45%。
[0048]优选的，在步骤B中，所述的反应温度为45°C，反应时间为12min。
[0049]优选的，在步骤C中，所述的洗涤采用60°C的去离子水洗涤，所述的干燥的温度为121。。。
[0050]实施例6
一种芳纶纤维的化学改性装置，包括反应容器1、设置在所述反应容器I内的卷绕筒2和设置在所述反应容器外的循环泵3 ;所述卷绕筒2的顶部和底部为封闭，底部通过管道与所述循环泵3的一端连接，而所述循环泵3的另一端通过管道与所述反应容器I的外壁连接，并且与所述卷绕筒2的外壁和所述反应容器I的内壁之间的空间连通；所述卷绕筒2的筒体侧壁上设置有多个通孔4。
[0051]上述基本技术方案中，能够对芳纶纤维6进行大批量改性处理，且表面改性处理与芳纶纤维6接触更加均匀，提高了改性的均匀性和一致性。相对于常规的化学改性技术，本发明的装置技术易于在工业上普及应用，极大地提高了生产效率。
[0052]卷绕筒2上的通孔4的长度以芳纶纤维6刚好覆盖卷绕筒2最边缘处的通孔4为宜。将芳纶纤维6缠绕在卷绕筒2上，反应容器I内的表面改性处理剂在循环泵3的作用下，从卷绕筒2的底部进入卷绕筒2内部，被顶部阻挡后从卷绕筒2周围的通孔4流出，然后通过缠绕在筒体上的芳纶纤维6，进入到反应容器I内。表面改性处理剂在反应容器1、循环泵3和缠绕芳纶纤维6的卷绕筒2之间往复循环，直到化学反应结束。
[0053]实施例7
在实施例6的基础上:
优选的，所述的卷绕筒2的顶部为可拆卸的封头5。
[0054]优选的，所述的循环泵3的另一端通过管道与所述反应容器I的外壁连接是指与所述反应容器I侧面的外壁连接。
[0055]优选的，所述的通孔4均匀分布在上述卷绕筒2的筒体侧壁上，且所述通孔4都为相互交错排布。
[0056]实施例8
在实施例6的基础上:
优选的，所述的通孔4的孔径与所述卷绕筒2的直径的比例为1:6。
[0057]优选的或者更进一步的，所述的通孔4的孔径与所述通孔4之间的孔距的比例为1:2。
[0058]实施例9
在实施例6的基础上:
优选的，所述的通孔4的孔径与所述卷绕筒2的直径的比例为1:12。
[0059]优选的或者更进一步的，所述的通孔4的孔径与所述通孔4之间的孔距的比例为1:3。
[0060]实施例10
在实施例6的基础上:
优选的，所述的通孔4的孔径与所述卷绕筒2的直径的比例为1:9。
[0061]优选的或者更进一步的，所述的通孔4的孔径与所述通孔4之间 的孔距的比例为
1:2.5ο
[0062]实施例11
在实施例6的基础上:
优选的，所述的通孔4的孔径与所述卷绕筒2的直径的比例为1:11。
[0063]优选的或者更进一步的，所述的通孔4的孔径与所述通孔4之间的孔距的比例为
1:2.1o
[0064]实施例12
一种芳纶纤维的化学改性方法和装置，工艺过程如下:
采用与实施例6相同的改性装置。
[0065]所述表面改性处理剂由乙酰氯溶解在N-甲基吡咯烷酮极性有机溶剂中组成。在表面改性处理剂中，活性组分乙酰氯的含量为10%。
[0066]所述的在反应容器内的化学反应过程中，反应温度为30 °C，反应时间为20min。
[0067]化学反应结束后，将卷绕筒取出倒卷退出纤维，采用50°C去离了水在线洗涤、并于120 V干燥后得到化学改性后的成品纤维。
[0068]实施例13
一种芳纶纤维的化学改性方法和装置，工艺过程如下:
采用与实施例6相同的改性装置。
[0069]所述表面改性处理剂由氯乙酰氯溶解在N，N- 二甲基乙酰胺极性有机溶剂中组成。在表面改性处理剂中，活性组分氯乙酰氯的含量为50%。
[0070]所述在反应容器内的化学反应过程中，反应温度为40 °C，反应时间为15min。
[0071]化学反应结束后，将卷绕筒取出倒卷退出纤维，采用60°C去离了水在线洗涤、并于140 V干燥后得到化学改性后的成品纤维。
[0072]实施例14
一种芳纶纤维的化学改性方法和装置，工艺过程如下:
采用与实施例6相同的改性装置。
[0073]所述表面改性处理剂由乙酸酐溶解在N，N- 二甲基甲酰胺极性有机溶剂中组成。在表面改性处理剂中，活性组分乙酸酐的含量为40%。
[0074]所述在反应容器内的化学反应过程中，反应温度为50 °C，反应时间为20min。
[0075]化学反应结束后，将卷绕筒取出倒卷退出纤维，采用80°C去离了水在线洗涤、并于130 V干燥后得到化学改性后的成品纤维。
[0076]实施例15
一种芳纶纤维的化学改性方法和装置，工艺过程如下:
采用与实施例6相同的改性装置。
[0077]所述表面改性处理剂由氯代乙酸酐溶解在二甲基亚砜极性有机溶剂中组成。在表面改性处理剂中，活性组分氯代乙酸酐的含量为30%。
[0078]所述在反应容器内的化学反应过程中，反应温度为45°C，反应时间为16min。
[0079]化学反应结束后，将卷绕筒取出倒卷退出纤维，采用70°C去离了水在线洗涤、并于135 °C干燥后得到化学改性后的成品纤维。
[0080]实施例16
一种芳纶纤维的化学改性方法和装置，工艺过程如下:
采用与实施例6相同的改性装置。
[0081 ] 所述表面改性处理剂由亚硫酰氯溶解在六甲基磷酰三胺极性有机溶剂中组成。在表面改性处理剂中，活性组分亚硫酰氯的含量为25%。
[0082]所述在反应容器内的化学反应过程中，反应温度为35°C，反应时间为12min。
[0083]化学反应结束后，将卷绕筒取出倒卷退出纤维，采用65°C去离了水在线洗涤、并于130 V干燥后得到化学改性后的成品纤维。
[0084]实施例17
化学反应装置主要由卷绕筒2、反应容器I和循环泵3三部分组成。卷绕筒2由筒体和封头5组成，筒体上均匀分布通孔4。反应容器I内的表面改性处理剂在循环泵3作用下，从卷绕筒2的底部进入筒体内，被顶部的封头5阻挡后从卷绕筒2周围的通孔4流出，然后通过缠绕在筒体上的芳纶纤维6，进入到反应容器I内。表面改性处理剂在反应容器1、循环泵3和缠绕芳纶纤维6的卷绕筒2之间往复循环，直到化学反应结束。反应容器I内的表面改性处理剂可以反复利用。
[0085] 卷绕筒2的筒体和封头5材质为非极性塑料，可以为PTFE、PE、PP、PPr材料中任何一种。这些材料既不溶于表面改性处理剂，也不会与其中的任何组分产生任何物理化学反应。
【主权项】
1.一种芳纶纤维的化学改性方法，其特征在于:包括以下工艺步骤: A、配制表面改性处理剂 在惰性气体保护下，将酰氯类活性反应试剂或酸酐类活性反应试剂溶解在无水强极性有机溶剂中，配制成为活性溶剂体系，即表面改性处理剂；所述的酰氯类活性反应试剂为乙酰氯、丙酰氯、氯乙酰氯、二氯乙酰氯、三氯乙酰氯、亚硫酰氯、氯丙酰氯中任意一种或者任意比例的几种混合；所述的酸酐类活性反应试剂为乙酸酐、丙酸酐、氟代乙酸酐、氯代乙酸酐、溴代乙酸酐、碘代乙酸酐中任意一种或者任意比例的几种混合；所述的强极性有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N，N- 二甲基乙酰胺、N，N- 二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、六甲基磷酰三胺中的任意一种或者任意比例的几种混合； B、改性处理 将芳纶纤维置于惰性气体保护下的改性装置中，再将表面改性处理剂送入所述改性装置内，使表面改性处理剂中的酰氯类活性反应试剂或酸酐类活性反应试剂与芳纶纤维反应，进行改性处理； C、洗涤干燥 将经过改性处理后的芳纶纤维通过洗涤、干燥后得到改性芳纶纤维产品。2.根据权利要求1所述的一种芳纶纤维的化学改性方法，其特征在于:在步骤A中，所述的酰氯类活性反应试剂或酸酐类活性反应试剂溶解在无水强极性有机溶剂中的体积百分比浓度为10-50%。3.根据权利要求1所述的一种芳纶纤维的化学改性方法，其特征在于:在步骤B中，所述的反应温度为30-50°C，反应时间为10-20min。4.根据权利要求1所述的一种芳纶纤维的化学改性方法，其特征在于:在步骤C中，所述的洗涤采用50-80°C的去离子水洗涤，所述的干燥的温度为120-140°C。5.根据权利要求1所述的一种芳纶纤维的化学改性装置，其特征在于:包括反应容器(1)、设置在所述反应容器(I)内的卷绕筒(2)和设置在所述反应容器外的循环泵(3 );所述卷绕筒(2)的顶部和底部为封闭，底部通过管道与所述循环泵(3)的一端连接，而所述循环泵(3)的另一端通过管道与所述反应容器(I)的外壁连接，并且与所述卷绕筒(2)的外壁和所述反应容器(I)的内壁之间的空间连通；所述卷绕筒(2)的筒体侧壁上设置有多个通孔⑷。6.根据权利要求5所述的一种芳纶纤维的化学改性装置，其特征在于:所述的卷绕筒(2)的顶部为可拆卸的封头(5)。7.根据权利要求5所述的一种芳纶纤维的化学改性装置，其特征在于:所述的循环泵(3)的另一端通过管道与所述反应容器(I)的外壁连接是指与所述反应容器(I)侧面的外壁连接。8.根据权利要求5所述的一种芳纶纤维的化学改性装置，其特征在于:所述的通孔(4)均匀分布在上述卷绕筒(2)的筒体侧壁上，且所述通孔(4)都为相互交错排布。9.根据权利要求5所述的一种芳纶纤维的化学改性装置，其特征在于:所述的通孔(4)的孔径与所述卷绕筒(2)的直径的比例为1:6-1:12。10.根据权利要求5或9所述的一种芳纶纤维的化学改性装置，其特征在于:所述的通孔(4)的孔径与所述通孔(4)之间的孔距的比例为1:2-1:3。
【专利摘要】本发明涉及一种芳纶纤维的化学改性方法及改性装置，属于化学合成纤维改性技术领域。本发明通过配制表面改性处理剂、改性处理和洗涤干燥，采用特定的酰氯类活性反应试剂或酸酐类活性反应试剂溶解在无水强极性有机溶剂中，对芳纶纤维进行化学改性，改性后芳纶纤维的表面性能显著提高，芳纶纤维与环氧树脂基体之间接合力显著增强，经过改性后的芳纶纤维层间剪切强度可达到50-59MPa。另外，本发明在对芳纶进行表面改性的同时，还能提高纤维的柔软性和分散性，提高纤维应用性能。
【IPC分类】D06M13/21, D06M101/36, D06M13/188, D06M13/10
【公开号】CN104894850
【申请号】CN201510365699
【发明人】刘克杰, 彭涛, 王凤德, 王成东
【申请人】中蓝晨光化工研究设计院有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月29日
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种芳纶纤维的改性方法及改性装置，更具体地说，本发明涉及一种芳纶纤维的化学改性方法及改性装置，属于化学合成纤维改性技术领域。
【背景技术】
[0002]对位芳纶主要包括芳纶II和芳纶III两种纤维。芳纶II由聚对苯二甲酰对苯二胺聚合物通过干喷湿纺法制造而成；芳纶III由在芳纶II分子结构中引入一个含有杂环结构的第三单体经过共聚反应制成聚合物后通过湿法纺丝法制造而成。两种纤维均可应用于增强复合材料。
[0003]对位芳纶力学性能优异，尤其是芳纶III纤维广泛用于高性能复合材料领域。但是由于芳纶纤维表面呈化学惰性，导致纤维表面与树脂基体之间粘接力较弱，目前还没有完全发挥对位芳纶增强复合材料的全部潜力。因此需要对纤维进行表面改性，增大纤维表面极性，提高纤维表面性能，增强纤维与树脂基体界面间的复合能力。
[0004]国家知识产权局于2009.4.15公开了一件公开号为CN101407995，名称为“芳纶纤维表面改性方法”的发明，该发明涉及一种芳纶纤维表面改性方法。包括下述步骤:(I)芳纶纤维的表面处理；(2)芳纶纤维的水解；(3)采用界面聚合法接枝液晶单体4，4- 二羟基-α，α 二甲基苄联氮:①制备水相:将水解至中性位芳纶纤维、4，4_ 二羟基_α，α 二甲基苄联氮、氢氧化钠和季胺盐溶于水中；②制备有机相:将二元酸酰氯溶于有机溶剂中；③将有机相迅速倒入水相中，快速搅拌，进行反应，将产物倒入的沉淀剂中，搅拌、过滤，然后进行洗涤提纯，直到洗液澄清为止，进行干燥后即得改性芳纶纤维。使芳纶纤维表面带有液晶性能的刚性支链，形成树叉状微观形貌，有助于增强芳纶纤维与基体的结合力，提高力学性能。
[0005]上述现有技术接枝单体主要是4，4- 二羟基-α，α 二甲基苄联氮，使用的二元酸酰氯只是一种辅助反应试剂，此技术中起改性作用的主要是4，4-二羟基-α，α 二甲基苄联氮，力学性能提高比较有限。上述现有技术只能处理芳纶粉末和短切纤维，无法处理芳纶长丝纤维。另外，上述技术的界面聚合法的化学反应速度慢，工序多，工艺流程太长，首先纤维洗涤处理需要l_5h，然后纤维水解反应需要4-9h，接着化学接枝反应需要5-30min，最后真空干燥需要16-24h，这种技术生产时间太长，生产成本太高，不具有工业化应用价值。
[0006]对芳纶纤维进行化学改性，很多化学工作者做出了许多贡献。常见的是:基于酰胺键的化学反应，例如Na金属化反应和异氰酸酯反应；以及基于苯环的化学反应，例如硝化还原反应，氯磺化反应和溴化反应。
[0007]利用Na金属化反应改性芳纶纤维表面的技术，由NaH和DMSO反应得到的甲基亚硫酰基卡宾钠与芳纶表面分子链上酰胺链上的仲氮氢反应，生成能溶解于DMSO中的金属化的芳纶大分子。这种大分子能与不同的脂肪烃或芳香烃卤化物反应，得到几乎完全反应的N-取代的芳纶纤维。结果表明，接枝溴乙酸后芳纶/环氧树脂ILSS值增加12%，接枝环氧氯丙烷后芳纶/环氧树脂ILSS值增加8%。
[0008]用异氰酸酯取代酰胺键上的氢原子，从而引入高活性的异氰酸酯基团，再与水反应，将异氰酸酯基团转变成胺基，从而提高纤维表面活性。例如利用已烷二异腈酸脂与芳纶表面分子链反应，发现此方法能提高纤维与树脂基体的接合力，并能提高复合材料的拉伸模量，同时减少纤维与树脂界面的缺陷尺寸。
[0009]硝化还原反应是将芳纶纤维浸没在硝化反应介质中，在一定温度和时间下硝化试剂与纤维反应，在纤维分子链苯环上引入硝基，然后用还原剂将硝基还原成氨基，从而在纤维表面引入极性基团，提高纤维表面粘接性能。
[0010]氯磺化反应是指用氯磺酸处理芳纶，在纤维表面引入氯磺酰基团(-SO2CI),然后与其它含有活性官能团(-0H，-NH2, -NHNH2等基团)的物质反应，在芳纶纤维表面接枝上极性基团，提高纤维表面粘接性能。
[0011]溴化反应是将芳纶纤维与溴化试剂反应后再通过胺解反应在纤维表面引入胺基官能团的改性方法。反应性胺基官能团的引入能显著提高纤维与环氧树脂基体的粘接性會K。
[0012]总的来说，上述针对芳纶的化学改性技术，存在以下问题:
1、对芳纶纤维的改性效果有限，特别是芳纶与环氧树脂的接合力和力学性能提高有限；
2、一次只能处理少量的纤维，生产效率较低，在工业上普及应用有相当的难度。
【发明内容】
[0013]本发明旨在解决芳纶在应用于增强复合材料过程中，现有化学改性方法对芳纶纤维的改性效果有限的问题，提供一种芳纶纤维的化学改性方法，该方法通过在纤维表面引入化学活性基团，显著提高了芳纶与环氧树脂基体间的界面接合力，提高了芳纶纤维的力学性能。
[0014]本发明的另一个目的在于解决现有化学改性中一次只能处理少量的纤维，生产效率较低，在工业上普及应用有相当的难度的问题，提供一种相应的改性装置，能够提高改性处理的效率。
[0015]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
一种芳纶纤维的化学改性方法，其特征在于:包括以下工艺步骤:
A、配制表面改性处理剂
在惰性气体保护下，将酰氯类活性反应试剂或酸酐类活性反应试剂溶解在无水强极性有机溶剂中，配制成为活性溶剂体系，即表面改性处理剂；所述的酰氯类活性反应试剂为乙酰氯、丙酰氯、氯乙酰氯、二氯乙酰氯、三氯乙酰氯、亚硫酰氯、氯丙酰氯中任意一种或者任意比例的几种混合；所述的酸酐类活性反应试剂为乙酸酐、丙酸酐、氟代乙酸酐、氯代乙酸酐、溴代乙酸酐、碘代乙酸酐中任意一种或者任意比例的几种混合；所述的强极性有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N，N- 二甲基乙酰胺、N，N- 二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、六甲基磷酰三胺中的任意一种或者任意比例的几种混合；
B、改性处理
将芳纶纤维置于惰性气体保护下的改性装置中，再将表面改性处理剂送入所述改性装置内，使表面改性处理剂中的酰氯类活性反应试剂或酸酐类活性反应试剂与芳纶纤维反应，进行改性处理；
C、洗涤干燥
将经过改性处理后的芳纶纤维通过洗涤、干燥后得到改性芳纶纤维产品。
[0016]本发明在步骤A和步骤B中，所述的惰性气体为氮气、氦气中任意一种。其中更优选的为高纯度氮气。
[0017]本发明在步骤A中，所述的酰氯类活性反应试剂或酸酐类活性反应试剂溶解在无水强极性有机溶剂中的体积百分比浓度为10-50%。
[0018]本发明在步骤B中，所述的反应温度为30_50°C，反应时间为10_20min。
[0019]本发明在步骤C中，所述的洗涤采用50-80°C的去离子水洗涤，所述的干燥的温度为 120-140 0C ο
[0020]一种芳纶纤维的化学改性装置，其特征在于:包括反应容器、设置在所述反应容器内的卷绕筒和设置在所述反应容器外的循环泵；所述卷绕筒的顶部和底部为封闭，底部通过管道与所述循环泵的一端连接，而所述循环泵的另一端通过管道与所述反应容器的外壁连接，并且与所述卷绕筒的外壁和所述反应容器的内壁之间的空间连通；所述卷绕筒的筒体侧壁上设置有多个通孔。
[0021]本发明所述的卷绕筒的顶部为可拆卸的封头。
[0022]本发明所述的循环泵的另一端通过管道与所述反应容器的外壁连接是指与所述反应容器侧面的外壁连接。
[0023]本发明所述的通孔均匀分布在上述卷绕筒的筒体侧壁上，且所述通孔都为相互交错排布。
[0024]本发明所述的通孔的孔径与所述卷绕筒的直径的比例为1:6-1:12。
[0025]本发明所述的通孔的孔径与所述通孔之间的孔距的比例为1:2-1: 3。
[0026]本发明带来的有益技术效果:
1、本发明解决了芳纶在应用于增强复合材料过程中，现有化学改性方法对芳纶纤维的改性效果有限的问题，采用特定的酰氯类活性反应试剂或酸酐类活性反应试剂溶解在无水强极性有机溶剂中，对芳纶纤维进行化学改性，改性后芳纶纤维的表面性能显著提高，芳纶纤维与环氧树脂基体之间接合力显著增强，经过改性后的芳纶纤维层间剪切强度可达到50-59MPa。另外，本发明在对芳 纶进行表面改性的同时，还能提高纤维的柔软性和分散性，提高纤维应用性能。
[0027]2、本发明在步骤A中，优选的酰氯类活性反应试剂或酸酐类活性反应试剂溶解在无水强极性有机溶剂中的体积百分比浓度为10-50%。上述浓度范围能够提高化学反应的效率，同时避免了浪费，降低了原料成本。
[0028]3、本发明在步骤B中，优选的反应温度为30-50°C ;本发明在步骤B中，所述的反应时间为10-20min。上述温度和时间的控制范围平衡了化学反应的速度和效率，使得反应速度加快，提高了效率，且能够使反应更加充分，反应过程易于控制。
[0029]4、本发明还解决了现有化学改性中一次只能处理少量的纤维，生产效率较低，在工业上普及应用有相当的难度的问题，提供一种相应的改性装置，能够对芳纶纤维进行大批量改性处理，且表面改性处理与芳纶纤维接触更加均匀，提高了改性的均匀性和一致性。相对于常规的化学改性技术，本发明的装置技术易于在工业上普及应用，极大地提高了生产效率。
[0030]5、本发明所述的卷绕筒的顶部为可拆卸的封头。可拆卸的封头便于对卷绕筒内部进行维护和清理，延长装置的使用寿命。
[0031]6、本发明优选的通孔均匀分布在上述卷绕筒的筒体侧壁上，且所述通孔都为相互交错排布。上述优选的卷绕筒上通孔在圆周方向的排列方式为通孔等距(均匀)交错排列，即相邻的三个孔洞呈正三角形分布。这种排布方式有利于表面改性处理剂与芳纶纤维充分均匀接触，使不同部位处的纤维改性更加均匀。
[0032]7、本发明优选的通孔的孔径与所述卷绕筒的直径的比例为1:6-1:12 ;本发明优选的通孔的孔径与所述通孔之间的孔距的比例为1:2-1:3。上述两个比例范围限定了通孔的孔径，能够防止靠近卷绕筒外壁的纤维受到损伤，不会影响卷绕筒的结构刚度；同时使得表面改性处理剂更加有利于浸渍芳纶纤维，提高改性效果；最好能够保持相对较低的卷绕筒加工成本。
【附图说明】
[0033]图1是本发明芳纶纤维的化学改性装置的结构示意图。
[0034]图2是本发明芳纶纤维的化学改性装置卷绕筒的结构示意图。
[0035]附图标记:1为反应容器、2为卷绕筒、3为循环泵、4为通孔、5为封头、6为芳纶纤维。
【具体实施方式】
[0036]实施例1
一种芳纶纤维的化学改性方法，包括以下工艺步骤:
A、配制表面改性处理剂
在惰性气体保护下，将酰氯类活性反应试剂或酸酐类活性反应试剂溶解在无水强极性有机溶剂中，配制成为活性溶剂体系，即表面改性处理剂；所述的酰氯类活性反应试剂为乙酰氯、丙酰氯、氯乙酰氯、二氯乙酰氯、三氯乙酰氯、亚硫酰氯、氯丙酰氯中任意一种或者任意比例的几种混合；所述的酸酐类活性反应试剂为乙酸酐、丙酸酐、氟代乙酸酐、氯代乙酸酐、溴代乙酸酐、碘代乙酸酐中任意一种或者任意比例的几种混合；所述的强极性有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N，N- 二甲基乙酰胺、N，N- 二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、六甲基磷酰三胺中的任意一种或者任意比例的几种混合；
B、改性处理
将芳纶纤维置于惰性气体保护下的改性装置中，再将表面改性处理剂送入所述改性装置内，使表面改性处理剂中的酰氯类活性反应试剂或酸酐类活性反应试剂与芳纶纤维反应，进行改性处理；
C、洗涤干燥
将经过改性处理后的芳纶纤维通过洗涤、干燥后得到改性芳纶纤维产品。
[0037]上述基本技术方案中，采用特定的酰氯类活性反应试剂或酸酐类活性反应试剂溶解在无水强极性有机溶剂中，对芳纶纤维进行化学改性，改性后芳纶纤维的表面性能显著提高，芳纶纤维与环氧树脂基体之间接合力显著增强，经过改性后的芳纶纤维层间剪切强度可达到50-59MPa。另外，本发明在对芳纶进行表面改性的同时，还能提高纤维的柔软性和分散性，提高纤维应用性能。
[0038]实施例2
在实施例1的基础上:
优选的，在步骤A中，所述的酰氯类活性反应试剂或酸酐类活性反应试剂溶解在无水强极性有机溶剂中的体积百分比浓度为10%。
[0039]优选的，在步骤B中，所述的反应温度为30°C，反应时间为lOmin。
[0040]优选的，在步骤C中，所述的洗涤采用50°C的去离子水洗涤，所述的干燥的温度为120。。。
[0041]实施例3
在实施例1的基础上:
优选的，在步骤A中，所述的酰氯类活性反应试剂或酸酐类活性反应试剂溶解在无水强极性有机溶剂中的体积百分比浓度为50%。
[0042]优选的，在步骤B中，所述的反应温度为50°C，反应时间为20min。
[0043]优选的，在步骤C中，所述的洗涤采用80°C的去离子水洗涤，所述的干燥的温度为140。。。
[0044]实施例4
在实施例1的基础上:
优选的，在步骤A中，所述的酰氯类活性反应试剂或酸酐类活性反应试剂溶解在无水强极性有机溶剂中的体积百分比浓度为30%。
[0045]优选的，在步骤B中，所述的反应温度为40°C，反应时间为15min。
[0046]优选的，在步骤C中，所述的洗涤采用65°C的去离子水洗涤，所述的干燥的温度为130。。。
[0047]实施例5
在实施例1的基础上:
优选的，在步骤A中，所述的酰氯类活性反应试剂或酸酐类活性反应试剂溶解在无水强极性有机溶剂中的体积百分比浓度为45%。
[0048]优选的，在步骤B中，所述的反应温度为45°C，反应时间为12min。
[0049]优选的，在步骤C中，所述的洗涤采用60°C的去离子水洗涤，所述的干燥的温度为121。。。
[0050]实施例6
一种芳纶纤维的化学改性装置，包括反应容器1、设置在所述反应容器I内的卷绕筒2和设置在所述反应容器外的循环泵3 ;所述卷绕筒2的顶部和底部为封闭，底部通过管道与所述循环泵3的一端连接，而所述循环泵3的另一端通过管道与所述反应容器I的外壁连接，并且与所述卷绕筒2的外壁和所述反应容器I的内壁之间的空间连通；所述卷绕筒2的筒体侧壁上设置有多个通孔4。
[0051]上述基本技术方案中，能够对芳纶纤维6进行大批量改性处理，且表面改性处理与芳纶纤维6接触更加均匀，提高了改性的均匀性和一致性。相对于常规的化学改性技术，本发明的装置技术易于在工业上普及应用，极大地提高了生产效率。
[0052]卷绕筒2上的通孔4的长度以芳纶纤维6刚好覆盖卷绕筒2最边缘处的通孔4为宜。将芳纶纤维6缠绕在卷绕筒2上，反应容器I内的表面改性处理剂在循环泵3的作用下，从卷绕筒2的底部进入卷绕筒2内部，被顶部阻挡后从卷绕筒2周围的通孔4流出，然后通过缠绕在筒体上的芳纶纤维6，进入到反应容器I内。表面改性处理剂在反应容器1、循环泵3和缠绕芳纶纤维6的卷绕筒2之间往复循环，直到化学反应结束。
[0053]实施例7
在实施例6的基础上:
优选的，所述的卷绕筒2的顶部为可拆卸的封头5。
[0054]优选的，所述的循环泵3的另一端通过管道与所述反应容器I的外壁连接是指与所述反应容器I侧面的外壁连接。
[0055]优选的，所述的通孔4均匀分布在上述卷绕筒2的筒体侧壁上，且所述通孔4都为相互交错排布。
[0056]实施例8
在实施例6的基础上:
优选的，所述的通孔4的孔径与所述卷绕筒2的直径的比例为1:6。
[0057]优选的或者更进一步的，所述的通孔4的孔径与所述通孔4之间的孔距的比例为1:2。
[0058]实施例9
在实施例6的基础上:
优选的，所述的通孔4的孔径与所述卷绕筒2的直径的比例为1:12。
[0059]优选的或者更进一步的，所述的通孔4的孔径与所述通孔4之间的孔距的比例为1:3。
[0060]实施例10
在实施例6的基础上:
优选的，所述的通孔4的孔径与所述卷绕筒2的直径的比例为1:9。
[0061]优选的或者更进一步的，所述的通孔4的孔径与所述通孔4之间 的孔距的比例为
1:2.5ο
[0062]实施例11
在实施例6的基础上:
优选的，所述的通孔4的孔径与所述卷绕筒2的直径的比例为1:11。
[0063]优选的或者更进一步的，所述的通孔4的孔径与所述通孔4之间的孔距的比例为
1:2.1o
[0064]实施例12
一种芳纶纤维的化学改性方法和装置，工艺过程如下:
采用与实施例6相同的改性装置。
[0065]所述表面改性处理剂由乙酰氯溶解在N-甲基吡咯烷酮极性有机溶剂中组成。在表面改性处理剂中，活性组分乙酰氯的含量为10%。
[0066]所述的在反应容器内的化学反应过程中，反应温度为30 °C，反应时间为20min。
[0067]化学反应结束后，将卷绕筒取出倒卷退出纤维，采用50°C去离了水在线洗涤、并于120 V干燥后得到化学改性后的成品纤维。
[0068]实施例13
一种芳纶纤维的化学改性方法和装置，工艺过程如下:
采用与实施例6相同的改性装置。
[0069]所述表面改性处理剂由氯乙酰氯溶解在N，N- 二甲基乙酰胺极性有机溶剂中组成。在表面改性处理剂中，活性组分氯乙酰氯的含量为50%。
[0070]所述在反应容器内的化学反应过程中，反应温度为40 °C，反应时间为15min。
[0071]化学反应结束后，将卷绕筒取出倒卷退出纤维，采用60°C去离了水在线洗涤、并于140 V干燥后得到化学改性后的成品纤维。
[0072]实施例14
一种芳纶纤维的化学改性方法和装置，工艺过程如下:
采用与实施例6相同的改性装置。
[0073]所述表面改性处理剂由乙酸酐溶解在N，N- 二甲基甲酰胺极性有机溶剂中组成。在表面改性处理剂中，活性组分乙酸酐的含量为40%。
[0074]所述在反应容器内的化学反应过程中，反应温度为50 °C，反应时间为20min。
[0075]化学反应结束后，将卷绕筒取出倒卷退出纤维，采用80°C去离了水在线洗涤、并于130 V干燥后得到化学改性后的成品纤维。
[0076]实施例15
一种芳纶纤维的化学改性方法和装置，工艺过程如下:
采用与实施例6相同的改性装置。
[0077]所述表面改性处理剂由氯代乙酸酐溶解在二甲基亚砜极性有机溶剂中组成。在表面改性处理剂中，活性组分氯代乙酸酐的含量为30%。
[0078]所述在反应容器内的化学反应过程中，反应温度为45°C，反应时间为16min。
[0079]化学反应结束后，将卷绕筒取出倒卷退出纤维，采用70°C去离了水在线洗涤、并于135 °C干燥后得到化学改性后的成品纤维。
[0080]实施例16
一种芳纶纤维的化学改性方法和装置，工艺过程如下:
采用与实施例6相同的改性装置。
[0081 ] 所述表面改性处理剂由亚硫酰氯溶解在六甲基磷酰三胺极性有机溶剂中组成。在表面改性处理剂中，活性组分亚硫酰氯的含量为25%。
[0082]所述在反应容器内的化学反应过程中，反应温度为35°C，反应时间为12min。
[0083]化学反应结束后，将卷绕筒取出倒卷退出纤维，采用65°C去离了水在线洗涤、并于130 V干燥后得到化学改性后的成品纤维。
[0084]实施例17
化学反应装置主要由卷绕筒2、反应容器I和循环泵3三部分组成。卷绕筒2由筒体和封头5组成，筒体上均匀分布通孔4。反应容器I内的表面改性处理剂在循环泵3作用下，从卷绕筒2的底部进入筒体内，被顶部的封头5阻挡后从卷绕筒2周围的通孔4流出，然后通过缠绕在筒体上的芳纶纤维6，进入到反应容器I内。表面改性处理剂在反应容器1、循环泵3和缠绕芳纶纤维6的卷绕筒2之间往复循环，直到化学反应结束。反应容器I内的表面改性处理剂可以反复利用。
[0085] 卷绕筒2的筒体和封头5材质为非极性塑料，可以为PTFE、PE、PP、PPr材料中任何一种。这些材料既不溶于表面改性处理剂，也不会与其中的任何组分产生任何物理化学反应。
【主权项】
1.一种芳纶纤维的化学改性方法，其特征在于:包括以下工艺步骤: A、配制表面改性处理剂 在惰性气体保护下，将酰氯类活性反应试剂或酸酐类活性反应试剂溶解在无水强极性有机溶剂中，配制成为活性溶剂体系，即表面改性处理剂；所述的酰氯类活性反应试剂为乙酰氯、丙酰氯、氯乙酰氯、二氯乙酰氯、三氯乙酰氯、亚硫酰氯、氯丙酰氯中任意一种或者任意比例的几种混合；所述的酸酐类活性反应试剂为乙酸酐、丙酸酐、氟代乙酸酐、氯代乙酸酐、溴代乙酸酐、碘代乙酸酐中任意一种或者任意比例的几种混合；所述的强极性有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N，N- 二甲基乙酰胺、N，N- 二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、六甲基磷酰三胺中的任意一种或者任意比例的几种混合； B、改性处理 将芳纶纤维置于惰性气体保护下的改性装置中，再将表面改性处理剂送入所述改性装置内，使表面改性处理剂中的酰氯类活性反应试剂或酸酐类活性反应试剂与芳纶纤维反应，进行改性处理； C、洗涤干燥 将经过改性处理后的芳纶纤维通过洗涤、干燥后得到改性芳纶纤维产品。2.根据权利要求1所述的一种芳纶纤维的化学改性方法，其特征在于:在步骤A中，所述的酰氯类活性反应试剂或酸酐类活性反应试剂溶解在无水强极性有机溶剂中的体积百分比浓度为10-50%。3.根据权利要求1所述的一种芳纶纤维的化学改性方法，其特征在于:在步骤B中，所述的反应温度为30-50°C，反应时间为10-20min。4.根据权利要求1所述的一种芳纶纤维的化学改性方法，其特征在于:在步骤C中，所述的洗涤采用50-80°C的去离子水洗涤，所述的干燥的温度为120-140°C。5.根据权利要求1所述的一种芳纶纤维的化学改性装置，其特征在于:包括反应容器(1)、设置在所述反应容器(I)内的卷绕筒(2)和设置在所述反应容器外的循环泵(3 );所述卷绕筒(2)的顶部和底部为封闭，底部通过管道与所述循环泵(3)的一端连接，而所述循环泵(3)的另一端通过管道与所述反应容器(I)的外壁连接，并且与所述卷绕筒(2)的外壁和所述反应容器(I)的内壁之间的空间连通；所述卷绕筒(2)的筒体侧壁上设置有多个通孔⑷。6.根据权利要求5所述的一种芳纶纤维的化学改性装置，其特征在于:所述的卷绕筒(2)的顶部为可拆卸的封头(5)。7.根据权利要求5所述的一种芳纶纤维的化学改性装置，其特征在于:所述的循环泵(3)的另一端通过管道与所述反应容器(I)的外壁连接是指与所述反应容器(I)侧面的外壁连接。8.根据权利要求5所述的一种芳纶纤维的化学改性装置，其特征在于:所述的通孔(4)均匀分布在上述卷绕筒(2)的筒体侧壁上，且所述通孔(4)都为相互交错排布。9.根据权利要求5所述的一种芳纶纤维的化学改性装置，其特征在于:所述的通孔(4)的孔径与所述卷绕筒(2)的直径的比例为1:6-1:12。10.根据权利要求5或9所述的一种芳纶纤维的化学改性装置，其特征在于:所述的通孔(4)的孔径与所述通孔(4)之间的孔距的比例为1:2-1:3。
【专利摘要】本发明涉及一种芳纶纤维的化学改性方法及改性装置，属于化学合成纤维改性技术领域。本发明通过配制表面改性处理剂、改性处理和洗涤干燥，采用特定的酰氯类活性反应试剂或酸酐类活性反应试剂溶解在无水强极性有机溶剂中，对芳纶纤维进行化学改性，改性后芳纶纤维的表面性能显著提高，芳纶纤维与环氧树脂基体之间接合力显著增强，经过改性后的芳纶纤维层间剪切强度可达到50-59MPa。另外，本发明在对芳纶进行表面改性的同时，还能提高纤维的柔软性和分散性，提高纤维应用性能。
【IPC分类】D06M13/21, D06M101/36, D06M13/188, D06M13/10
【公开号】CN104894850
【申请号】CN201510365699
【发明人】刘克杰, 彭涛, 王凤德, 王成东
【申请人】中蓝晨光化工研究设计院有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月29日
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