一种改性高强力聚芳酯纤维的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种改性高强力聚芳酯纤维的制备方法，将高强力聚芳酯纤维置于具有深冷介质的深冷处理设备中，密闭，进行深冷处理，然后回温至室温后，保温一段时间，取出，得到改性高强力聚芳酯纤维。本发明工艺方法简单、操作方便，降低了改性工艺的生产成本，在宇宙航空、海洋资材、各种受拉构件、体育方面、安全防护、复合材料、各种产业具有广泛用途。
【专利说明】
-种改性高强力聚芳醋纤维的制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于改性材料的制备领域，特别设及一种改性高强力聚芳醋纤维的制备方 法。
【背景技术】
[0002] 聚芳醋(PAR)又称芳香族聚醋，是分子主链上带有芳香族环和醋键的热塑性特种 工程塑料。它是一种无定形的、透明的聚合物，是与聚碳酸醋、聚讽相似的等级更高的工程 塑料。聚芳醋由于主链结构中含有大量的芳环，因而具有优异的耐热性和良好的力学性能， 在航空航天、电子电器、汽车及机械行业、医用品和日用品等行业具有广泛的应用。但该类 聚芳醋也存在一些缺点，比方它的烙融黏度高、流动性差，溶解性能、加工性能不好，特别是 薄壁和大件制品难于制得。
[0003] 目前，高强聚芳醋纤维改性主要有两种。第一种是使用新的单体参与双酪A与间苯 二甲酯氯、对苯二甲酯氯的聚合反应，或用其他单体代替双酪A来生产新型聚芳醋。通过引 入新的单体，改善原有的性能或增加新的性能，如:含娃单体双[对-酷氯苯基]二甲基硅烷 部分取代对苯二甲酯氯，在聚芳醋主链中引入娃原子，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础上，其玻璃化转变溫度明显降低，可W在相对较低的溫度下加 工，改善了聚芳醋的加工性能，提高了其加工性，扩大了其应用空间。另一种方法使）在 化itika公司的U-聚合物基础上制备高分子合金材料是聚芳醋。
[0004] 深冷处理又称超低溫处理或超亚冷处理，它是常规冷处理的延伸。深冷处理工艺 一般被认为是W液氮作为深冷介质，将被处理样品装在一定的容器内，不同的材料按其特 定的降溫曲线，控制降溫速率，缓慢地将样品降到液氮溫度，保溫一定时间，再按升溫曲线， 缓慢升到室溫的处理过程。运种工艺不仅主要用于黑色金属材料及其合金，有色金属材料 及其合金等，能使金属工具在抗磨料磨损、抗腐蚀磨损、减少内应力W及提高材料的稳定性 等方面都显示出一定程度的改善。
[0005] 迄今为止，将深冷处理工艺应用于高强聚芳醋纤维的改性处理中，还未见报道。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种改性高强力聚芳醋纤维的制备方法，本发 明操作简单，提高纤维耐磨性能，增大高强聚芳醋纤维粗糖度，进而改善其与树脂基体界面 间的黏接性能，提高聚芳醋纤维综合性能的深冷处理工艺，本发明的深冷处理工艺过程及 深冷处理设备结构简单，与其他改性处理工艺相比，更节约能源及生产成本，具有良好的发 展前景。
[0007] 本发明的一种改性高强力聚芳醋纤维的制备方法，包括：
[0008] 将高强力聚芳醋纤维置于具有深冷介质的深冷处理设备中，容器密闭，进行深冷 处理，然后回溫至室溫后，保溫一段时间，取出，得到改性高强力聚芳醋纤维；
[0009] 其中深冷处理工艺参数为：降溫速度为0.5°C/min-l(TC/min，处理溫度为恒溫零 下90°C至零下200°C，处理时间为化-I化;循环处理1-10次。
[0010] 所述高强力聚芳醋纤维为高分子热致液晶高强聚芳醋纤维。
[0011] 所述高分子热致液晶高强聚芳醋纤维为U-聚合物（日本的化it化a公司）、Vectran 纤维（日本可乐丽与塞拉尼斯公司合作生产）、Isaryl 15纤维（奥地利Isovlta公司）、 Isaryl25纤维（奥地利Isovlta公司）中的一种。
[0012] 高强力聚芳醋纤维直接（自然状态下）进行深冷处理或在拉伸条件下进行深冷处 理；
[OOU] 其中拉伸范围为〇.〇5%-〇.5%。
[0014] 所述深冷环境(深冷介质)为液氮环境或其他方式得到的超低溫环境。
[0015] 所述深冷处理，等同于超低溫处理或超亚冷处理，指的是将被处理对象置于特定 的、可控的低溫环境中，使其材料的微观组织结构产生变化，从而达到提高或改善材料性能 的一种方法。
[0016] 所述降溫为采用机器程序降溫，缓慢降溫。
[0017] 所述回溫为采用程序回溫或直接将高强聚芳醋纤维取出放置在室溫环境下自动 回溫。
[0018] 所述程序回溫速率为rc/min-10°c/min。
[0019] 为加强深冷处理的效果，采用循环多次处理的方式进行深冷处理，每次深冷处理 参数相同或不同，循环处理次数为3-10次。
[0020] 高强聚芳醋纤维进行深冷处理W提高其综合性能的改性方法，综合性能包括高强 聚芳醋纤维与树脂的界面结合性能、纤维的表面粗糖度、拉伸性能、耐磨损性能等。
[0021] 本发明由于采用深冷处理，既能在提高高强聚芳醋纤维的耐磨损性能和拉伸性能 的前提下，同时明显地改善高强聚芳醋纤维与树脂基体的粘结性能，可显著提高高强聚芳 醋纤维增强树脂复合材料的整体力学性能，且工艺方法简单、操作方便，降低改性工艺的生 产成本，具有显著的经济效益和社会效益，拥有良好的工业应用前景。
[0022] 本发明将高强聚芳醋纤维通过程序缓慢降溫，置于深冷介质中进行处理，并通过 程序控溫缓慢回溫或室溫环境下自动回溫，并根据要求进行循环处理。然后保溫一段时间。 缓慢降溫和回溫能使纤维材料结构缓慢变形，不产生结构损坏;循环处理可W增强改性的 效果。
[0023] 本发明能够永久的提高聚芳醋的拉伸强力，界面粘合性能和耐磨性。拉伸强力和 耐磨性能的提高，有利于延长高强聚芳醋纤维在绳网材料中的使用寿命;界面粘合性能的 提高可增强高强聚芳醋纤维与树脂基体界面间的黏接能力，使复合材料内部的应力能够均 匀传递，W满足高性能高强聚芳醋纤维增强树脂复合材料的需求。本发明工艺方法简单、操 作方便，降低了改性工艺的生产成本，在宇宙航空、海洋资材、各种受拉构件、体育方面、安 全防护、复合材料、各种产业具有广泛用途。
[0024] 有益效果
[0025] (1)本发明中经深冷处理的高强聚芳醋纤维具有更为优异的综合力学性能，提高 纤维材料特别是高强聚芳醋绳网材料的使用寿命；
[0026] (2)本发明中高强聚芳醋纤维经深冷处理后表面粗糖化，表明能增加的同时与树 脂基体的接触面积也增大，有利于高强聚芳醋纤维与树脂形成良好的粘合界面，提高聚芳 醋增强复合材料的综合性能；
[0027] (3)本发明的深冷处理工艺过程及深冷处理设备结构简单，与其他改性处理工艺 相比，更节约能源及生产成本，具有良好的发展前景；
[0028] (4)本发明所述深冷处理技术W液氮作为冷源，利用其相变(气化)吸热来获得低 溫环境、无毒无味、环境友好，属于绿色制造技术范畴。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，运些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人 员可W对本发明作各种改动或修改，运些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。
[0030] 实施例1
[0031] 将清洁的Vectran纤维放置在深冷处理设备（SLX-30)中。将深冷处理设备的容器 盖紧，W免低溫液氮泄露，影响溫度控制的准确性及处理效果，设置深冷处理工艺参数。按 表1中的深冷处理参数表设定深冷处理参数即可。
[0032] 表1深冷处理参数表
[0033]
[0034] 处理完毕后，容器环境溫度达到室溫后保溫1个小时，将Vectran纤维取出，即完成 改性处理过程。深冷处理前，Vec化an纤维的强度24cN/dtex,模量500cN/化ex,与环氧树脂 的界面剪切强度42MPa。深冷处理后，纤维强度27.3cN/dtex，模量590cNAltex，与环氧树脂 界面剪切强度50MPa。通过表面凹凸不平的金属漉对纤维进行耐磨测试，结果显示:深冷处 理前后Vectran纤维的磨断时间由50秒延长至70秒，耐磨性提高了 40%。
[0035] 实施例2
[0036] 将清洁的U-聚合物纤维放置在深冷处理设备(SLX-30)中。将深冷处理设备的容器 盖紧，W免低溫液氮泄露，影响溫度控制的准确性及处理效果，设置深冷处理工艺参数。按 表2中的深冷处理参数表设定深冷处理参数即可。处理前，将纤缠绕在硬质框架上，给予一 定的拉伸张力，变形在0.1%左右，然后放入深冷箱中进行处理。
[0037] 表2深冷处理参数表
[00；3 引
[0039] 处理完毕后，容器环境溫度达到室溫后保溫1个小时，即完成改性处理过程。深冷 处理前，U-聚合物纤维的强度20cN/dtex，与环氧树脂界面剪切强度38MPa。深冷处理后，纤 维强度23cN/dtex，与环氧树脂界面剪切强度46MPa。通过表面凹凸不平的金属漉对纤维进 行耐磨测试，结果显示:U-聚合物纤维的磨断时间由45秒延长至60秒，耐磨性提高了 33%。
[0040] 实施例3
[0041] 将清洁的IsaryllS纤维放置在深冷处理设备(SLX-30)中。将深冷处理设备的容器 盖紧，W免低溫液氮泄露，影响溫度控制的准确性及处理效果，设置深冷处理工艺参数。因 此，可按表3中的深冷处理参数表设定深冷处理参数即可。处理前，将纤缠绕在硬质框架上， 给予一定的拉伸张力，变形在0.1%左右，然后放入深冷箱中进行处理。
[0042] 表3深冷处理参数表
[0043]
[0044] 处理完毕后，容器环境溫度达到室溫后保溫一个小时，即完成改性处理过程。深冷 处理前，Isa巧1 15纤维的强度21cN/dtex，与环氧树脂界面剪切强度36MPa。深冷处理后，纤 维强度24.2cN/dtex，与环氧树脂界面剪切强度46MPa。通过表面凹凸不平的金属漉对纤维 进行耐磨测试，结果显示= Isaryl 15纤维的磨断时间由52秒延长至72秒，耐磨性提高了
【主权项】
1. 一种改性高强力聚芳酯纤维的制备方法，包括： 将高强力聚芳酯纤维置于具有深冷介质的深冷处理设备中，密闭，进行深冷处理，然后 回温至室温后，得到改性高强力聚芳酯纤维； 其中深冷处理工艺参数为：降温速度为0.5°c/min-10°c/min，处理温度为恒温零下90 °C至零下200 °C，处理时间为3h-l 5h;循环处理1-10次。2. 根据权利要求1所述的一种改性高强力聚芳酯纤维的制备方法，其特征在于:所述高 强力聚芳酯纤维为高分子热致液晶高强聚芳酯纤维。3. 根据权利要求2所述的一种改性高强力聚芳酯纤维的制备方法，其特征在于:所述高 分子热致液晶高强聚芳酯纤维为U-聚合物、Vectran纤维、Isaryll5纤维、Isaryl25纤维中 的一种。4. 根据权利要求1所述的一种改性高强力聚芳酯纤维的制备方法，其特征在于:高强力 聚芳酯纤维直接进行深冷处理或在拉伸条件下进行深冷处理;其中拉伸0.05%-0.5%。5. 根据权利要求1所述的一种改性高强力聚芳酯纤维的制备方法，其特征在于:所述深 冷介质为液氮。6. 根据权利要求1所述的一种改性高强力聚芳酯纤维的制备方法，其特征在于:所述降 温为采用机器程序降温。7. 根据权利要求1所述的一种改性高强力聚芳酯纤维的制备方法，其特征在于:所述回 温为采用程序回温。8. 根据权利要求7所述的一种改性高强力聚芳酯纤维的制备方法，其特征在于:所述程 序回温速率为l°C/min-10°C/min。9. 根据权利要求1所述的一种改性高强力聚芳酯纤维的制备方法，其特征在于:采用循 环处理的方式进行深冷处理，每次深冷处理参数相同或不同，循环次数为3-10次。
【文档编号】D06M10/00GK105821645SQ201610357555
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月26日
【发明人】许福军, 张昆, 陈志良
【申请人】东华大学