一种双官能超支化硅氧烷改善pbo纤维抗紫外性能的方法
【专利摘要】本发明公开了一种双官能超支化硅氧烷改善PBO纤维抗紫外性能的方法，其步骤如下：（1） 将接枝环氧氯丙烷的PBO纤维放入三口瓶中；（2）向三口瓶中加入蒸馏水和甲醇溶剂浸没纤维并加入一定量NaOH调节pH为8~10；（3）在温度为30~40℃的条件下将双官能超支化硅氧烷放入三口瓶中；（4）将温度从30~40℃升温至60~80℃继续搅拌4~5h，得到接枝双官能超支化硅氧烷的PBO纤维；（5）取出纤维用大量去离子水和无水乙醇进行清洗并真空干燥。本发明中所用超支化硅氧烷与PBO纤维接枝结合后，PBO纤维的抗紫外能力得到明显的增强，且超支化硅氧烷体系中具有大量的活性基团，可以使PBO纤维得到良好的涂层，且提升表面与树脂的粘结性。
【专利说明】
-种双官能超支化括氧烧改善PBO纤维抗紫外性能的方法
技术领域
[0001 ]本发明设及一种用于改善PBO纤维抗紫外和粘结性的方法。
【背景技术】
[0002] PBO纤维即芳族杂环聚合物(聚对苯撑苯并二咪挫)纤维，具有优良的机械性能、热 性能和良好的环境抵抗性，PBO纤维被认为是复合材料制备中最具应用前景的增强体。PBO 纤维聚合物受纺丝工艺的影响，分子链沿纤维轴向方向高度取向平行排列，因此，PBO纤维 具有极高的结晶度和轴向取向度，运样使得PBO纤维具有优良的性能。但是，PBO纤维致命 的缺点就是其耐紫外性很差，而且表面极性官能团少导致粘结性不好，极大地限制了 PBO纤 维的应用。
【发明内容】
[000引为了解决现有PBO纤维抗紫外性能低、受光易遭损伤、与树脂基体界面粘结性差的 的问题，本发明提供了一种双官能超支化硅氧烷改善PBO纤维抗紫外性能的方法。
[0004] 本发明的目的是通过W下技术方案实现的： 一种双官能超支化硅氧烷改善PBO纤维抗紫外性能的方法，包括如下步骤： 一、PBO纤维预处理： (1) 用索氏提取器先将PBO纤维进行抽提处理，出去表面杂质，具体步骤为:用滤纸包裹 一定质量的缠在载玻片上的PBO纤维，并加入到索氏提取器中，加入丙酬进行抽提4她； (2) 抽提完毕后清洗干燥，再加入到环氧氯丙烷和丙酬的溶液中，控制环氧氯丙烷和丙 酬的体积比为1:4~6，继而进行强度为30~SOkGy的y-ray福射处理，处理时间为20~40min得 到预处理后的PBO纤维，即环氧氯丙烷接枝PBO纤维。
[0005] 二、双官能超支化硅氧烷的制备： (1)将皿560、K册70和水加入到S口烧瓶中，控制K册60、K册70和水的摩尔比为化册60+ K册70):此0=1: ^2，K册60:K册70摩尔比为8~10:1，进行揽拌的同时滴加浓盐酸使抑为3~ 4,溶液至澄清； (2 )加热至60~70 °C反应4~化； (3) 反应完毕后将产物进行50~6(TC旋转蒸发，得到超支化硅氧烷，产物为透明澄清稍 粘稠的溶液。
[0006] S、双官能超支化硅氧烷接枝改性处理后的PBO纤维： (1) 将步骤一得到的处理后的接枝环氧氯丙烷的PBO纤维放入S口瓶中； (2) 向S 口瓶中加入蒸馈水和甲醇溶剂浸没纤维并加入一定量NaOH调节pH为8~10; (3) 在溫度为30~40°C的条件下将步骤二得到的双官能超支化硅氧烷放入S口瓶中，控 制双官能超支化硅氧烷与接枝环氧氯丙烷的PBO纤维的质量比为1: (0.005~0.02); (4) 将溫度从30~40°C升溫至60~80°C继续揽拌4~化，得到接枝双官能超支化硅氧烷的 TOO纤维； 巧)取出纤维用大量去离子水和无水乙醇进行清洗并80~100°C真空干燥10~I化。
[0007]本发明具有如下有益效果： (1)本发明中所用原料易得且价格较为低廉，PBO纤维表面本身不含有大量的活性基 团，需先进行表面活化，即进行￥-ray福射处理，运样表面接有环氧氯丙烷，使其具有良好的 反应活性。
[000引（2)本发明中所用超支化硅氧烷与PBO纤维接枝结合后，PBO纤维的抗紫外能力得 到明显的增强，且超支化硅氧烷体系中具有大量的活性基团，可W使PBO纤维得到良好的涂 层，且提升表面与树脂的粘结性。
[0009] (3)通过观察涂层前后PBO纤维在紫外光照射下的性能保持状况，并测试PBO纤维 的拉伸强度，可W看到经过纤维涂层之后抗紫外性能显著，值得推广利用。
【附图说明】
[0010] 图1为【具体实施方式】一步骤一中的PBO纤维表面SEM照片； 图2为【具体实施方式】一得到的表面涂覆超支化硅氧烷的PBO纤维表面SEM照片。
【具体实施方式】
[0011] 下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本 发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖 在本发明的保护范围中。
[0012]
【具体实施方式】一:本实施方式提供的超支化硅氧烷改善PBO纤维抗紫外性能的方 法是通过W下步骤进行的： 一、PBO纤维预处理： (1) 用索氏提取器先将PBO纤维进行抽提处理，出去表面杂质，具体步骤为:用滤纸包裹 一定质量的缠在载玻片上的PBO纤维，并加入到索氏提取器中，加入丙酬进行抽提4她； (2) 抽提完毕后清洗干燥，再加入到环氧氯丙烷和丙酬的溶液中（环氧氯丙烷和丙酬的 体积比为1: 5)，继而进行强度为40kGy的rray福射处理，处理30min得到预处理后的PBO纤 维，即环氧氯丙烷接枝PBO纤维。
[0013] 二、双官能超支化硅氧烷的制备： (1) 将皿560、K册70和水加入到S口烧瓶中，控制K册60、K册70和水的摩尔比为化册60+ K册70):也0=1:1.5，K册60:K册70摩尔比为9:1，进行揽拌的同时滴加浓盐酸使pH为3~4， 溶液至澄清； (2) 加热至60°C反应4h; (3) 反应完毕后将产物进行55°C旋转蒸发，得到超支化硅氧烷，产物为透明澄清稍粘稠 的溶液。
[0014] S、双官能超支化硅氧烷接枝改性处理后的PBO纤维： (1) 将步骤一得到的处理后的接枝环氧氯丙烷的PBO纤维放入S口瓶中； (2) 向S 口瓶中加入蒸馈水和甲醇溶剂浸没纤维并加入一定量NaOH调节pH为9~10; (3) 在溫度为30~40°C的条件下将步骤二得到的双官能超支化硅氧烷放入S口瓶中，控 制双官能超支化硅氧烷与接枝环氧氯丙烷的PBO纤维的质量比为1: (0.005~0.0 l); (4)将溫度升溫至65°C继续揽拌4~化，得到接枝双官能超支化硅氧烷的PBO纤维； 巧)取出纤维用大量去离子水和无水乙醇进行清洗并80°C真空干燥12h。
[0015] 图1为本实施方式步骤一中的PBO纤维表面SEM照片；图2为本实施方式得到的表面 涂覆超支化硅氧烷的PBO纤维表面SEM照片;从图巧日图2对比可W看出：步骤一中的PBO纤维 表面有大量的超支化硅氧烷，涂层较为均匀，效果良好。
[0016] 将本实施方式得到的表面涂覆超支化硅氧烷的PBO纤维与步骤一中的PBO纤维在 1000 W的紫外光下照射20s，然后进行纤维单丝拔出测试。两者比较可知：步骤一中的PBO纤 维原丝的拉伸强度为4.91GPa，经紫外光照射的步骤一中的PBO纤维的拉伸强度为4.27GPa; 而表面涂覆超支化硅氧烷的PBO纤维在紫外光照射后拉伸强度为4.83GPa，抗紫外性能得到 了较大的提局。
【具体实施方式】 [0017] 二:本实施方式与一不同的是:步骤二中KH560、K册70 和水的质量比为化册60+K册70):肥0=1:1.3。其他与一相同。
[0018] 将本实施方式得到的表面涂覆超支化硅氧烷的PBO纤维与步骤一中的PBO纤维在 1000 W的紫外光下照射20s，然后进行纤维单丝拔出测试。两者比较可知：步骤一中的PBO纤 维原丝的拉伸强度为4.91GPa，经紫外光照射的步骤一中的PBO纤维的拉伸强度为4.27GPa; 而表面涂覆超支化硅氧烷的PBO纤维在紫外光照射后拉伸强度为4.73GPa，抗紫外性能得到 了较大的提高。
[0019]
【具体实施方式】本实施方式与【具体实施方式】一或二不同的是：步骤二中加热至 70°C反应4.化。其他步骤和参数与【具体实施方式】一或二相同。
【具体实施方式】四：本实施方式与【具体实施方式】一至=之一不同的是:步骤一中福射处 理强度为50kGy。其他步骤与参数与【具体实施方式】一至=之一相同。
【具体实施方式】 [0020] 五:本实施方式与一至四不同的是：步骤S中抑为8~ 9。其他与一或=相同。本实施方式与一至四之一相同。
【具体实施方式】 [0021] 六:本实施方式与一至八之一不同的是：步骤=中将 溫度升溫至75°C继续揽拌4~化。其他与一至五之一相同。
【具体实施方式】 [0022] 屯:本实施方式与一至六之一不同的是:双官能超支 化硅氧烷与接枝环氧氯丙烷的PBO纤维的质量比为1:(0.Ol~0.015)。其他与 一至六之一相同。
[0023] 将本实施方式得到的表面涂覆超支化硅氧烷的PBO纤维与步骤一中的PBO纤维在 1000 W的紫外光下照射20s，然后进行纤维单丝拔出测试。两者比较可知：步骤一中的PBO纤 维原丝的拉伸强度为4.91GPa，经紫外光照射的步骤一中的PBO纤维的拉伸强度为4.27GPa; 而表面涂覆超支化硅氧烷的PBO纤维在紫外光照射后拉伸强度为4.84GPa，抗紫外性能得到 了较大的提高。
【具体实施方式】 [0024] 八:本实施方式与一至屯之一不同的是：步骤=中加 一步热处理，即在氮气的保护下将干燥的PBO纤维放入溫度为200~300°C烘箱中进行热处 理，使表面涂层进一步热固化。其他与一至屯之一相同。
[0025] 【具体实施方式】九:本实施方式与【具体实施方式】八不同的是:步骤=中热处理时间 为lOOmin。其他与【具体实施方式】八相同。
【主权项】
1. 一种双官能超支化硅氧烷改善PBO纤维抗紫外性能的方法，其特征在于所述方法步 骤如下： 一、 PBO纤维预处理： (1) 用索氏提取器先将PBO纤维进行抽提处理，出去表面杂质； (2) 抽提完毕后清洗干燥，再加入到环氧氯丙烷和丙酮的溶液中，继而进行y-ray辐射处 理，得到预处理后的PBO纤维，即环氧氯丙烷接枝PBO纤维； 二、 双官能超支化硅氧烷的制备： (1) 将KH560、KH570和水加入到三口烧瓶中，控制KH560、KH570和水的摩尔比为(KH560+ KH570):H20=1:1~2，KH560:KH570摩尔比为8~10:1，进行搅拌的同时滴加浓盐酸使pH为3~ 4,溶液至澄清； (2) 加热至60~70°(：反应4~511; (3) 反应完毕后将产物进行50~60°C旋转蒸发，得到超支化硅氧烷，产物为透明澄清稍 粘桐的溶液； 三、 双官能超支化硅氧烷接枝改性处理后的PBO纤维： (1) 将步骤一得到的处理后的接枝环氧氯丙烷的PBO纤维放入三口瓶中； (2) 向三口瓶中加入蒸馏水和甲醇溶剂浸没纤维并加入一定量NaOH调节pH为8~10; (3) 在温度为30~40°C的条件下将步骤二得到的双官能超支化硅氧烷放入三口瓶中，控 制双官能超支化硅氧烷与接枝环氧氯丙烷的PBO纤维的质量比为1: (0.005~0.02); (4) 将温度从30~40°C升温至60~80°C继续搅拌4~5h，得到接枝双官能超支化硅氧烷的 PBO纤维； (5) 取出纤维用大量去离子水和无水乙醇进行清洗并80~100 °C真空干燥10~12h。2. 根据权利要求1所述的双官能超支化硅氧烷改善PBO纤维抗紫外性能的方法，其特征 在于所述Y_ray福射处理的强度为30~50kGy，时间为20~40min。3. 根据权利要求1所述的双官能超支化硅氧烷改善PBO纤维抗紫外性能的方法，其特征 在于所述环氧氯丙烷和丙酮的体积比为1:4~6。4. 根据权利要求1所述的双官能超支化硅氧烷改善PBO纤维抗紫外性能的方法，其特征 在于所述真空干燥温度为80~HKTC，时间为10~12h。5. 根据权利要求1或4所述的双官能超支化硅氧烷改善PBO纤维抗紫外性能的方法，其 特征在于所述真空干燥后PBO纤维在氮气的保护下放入温度为200~300°C烘箱中进行热处 理。6. 根据权利要求5所述的双官能超支化硅氧烷改善PBO纤维抗紫外性能的方法，其特征 在于所述热处理时间为IOOmin。
【文档编号】D06M101/30GK106012492SQ201610367193
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】姜波, 张奎元, 黄玉东, 赵立伟, 潘海涛, 祝长城
【申请人】哈尔滨工业大学