一种表面改性的聚芳酯纤维及其制备方法与流程

本发明涉及聚芳酯纤维的制备，具体地，涉及一种表面改性的聚芳酯纤维及其制备方法。背景技术：1、聚芳酯是典型的热致性液晶聚合物，具有优良的结晶性能，其作为树脂就表现出了很多不同于其他工程塑料的很多特性，比如其具有优良的力学性能，宽的热力学范围，优良的介电性能等等。所以有很多学者将目光放在了聚芳酯的纺丝研究上，并且研究出了利用熔融纺丝技术制备聚芳酯纤维，但该种方法制备的聚芳酯纤维也同样存在如下问题：由于聚芳酯分子链的刚直性，纤维的结晶致密，皮层外缺少可与下道树脂发生反应的活性基团，导致聚芳酯纤维在复合材料上的应用一直很少，浪费了聚芳酯纤维很多的优良特性。2、为了解决上述问题，研究人员尝试对聚芳酯纤维的表面进行改性。例如申请公布号为cn111118905a的中国发明专利公开了一种芳纶纤维的表面改性方法，该方法包括：步骤1：芳纶纤维表面的清洗和干燥；步骤2：芳纶纤维表面的预处理；步骤3：氧化石墨烯go的功能化处理；步骤4：超支化聚硅氧烷和氧化石墨烯go的协同改性。由于巯基与橡胶双键之间的加成反应及改性后表面能的提升，以及芳纶纤维表面接枝的氧化石墨烯能够将自身断裂能转化为界面能，本发明能够显著提升芳纶纤维与橡胶基体之间的结合强度。3、目前大部分聚芳酯纤维改性还是针对硅烷偶联剂的接枝反应在纤维表面引入活性基团例如羟基等，但是缺乏前处理的纤维会导致接枝量不够或是出现活性基团聚堆的现象发生，最后在复合材料中的力学性能提升不大。技术实现思路1、针对目前聚芳酯纤维改性存在接枝量不够和活性基团聚堆的问题，本发明提供了一种表面改性的聚芳酯纤维及其制备方法，该方法通过对聚芳酯纤维进行强酸刻蚀和强氧化，更多更好地接枝氧化活性基团，利用纳米碳化硅的表面自润滑性质，使纤维之间的纠缠减少，克服活性基团聚堆的问题，以提高纤维复合材料成品的力学性能。2、为了实现上述目的，本发明一方面提供一种聚芳酯纤维的表面改性方法，该方法包括如下步骤：3、s1、将聚芳酯纤维经强酸刻蚀后，浸入氧化剂溶液中进行氧化反应，得到表面氧化的聚芳酯纤维；4、该步骤中，强酸刻蚀会在聚芳酯纤维的表面产生粗糙的沟槽，氧化作用向聚芳酯纤维表面皮层引入氧化活性基团，被刻蚀的纤维表面能够与氧活性基团会更好、更多的结合，而且被刻蚀的纤维表面正好是纤维结晶较为薄弱的位置，对纤维薄弱的位置进行“补强”。5、s2、将多巴胺溶解后，在负压状态下，将多巴胺溶液均匀地喷覆在氧化后的聚芳酯纤维上，多巴胺发生自聚-氧化反应，在聚芳酯纤维的表面形成聚多巴胺薄膜；6、该步骤中，以喷雾的方式进行多巴胺涂敷反应，使得改性效果在纤维表面更加的均匀，改性效果会更好，单向纤维复合材料的力学性能显著提高。7、s3、将步骤s2制得的表面形成有聚多巴胺薄膜的聚芳酯纤维与碳化硅、硅烷偶联剂混合分散，加热进行回流反应，得到表面改性的聚芳酯纤维。8、该步骤中，利用纳米碳化硅的表面自润滑性质，使得纤维在树脂复合加工过程中，纤维之间的纠缠会减少，更有利于制备出纤维均匀分布的复合材料，从而提高纤维复合材料成品的力学性能。9、优选地，步骤s1中，所述强酸为浓硫酸、浓硝酸中的一种或两种，刻蚀时间为2～3min。10、优选地，步骤s1中，所述氧化剂为高碘酸钾、双氧水和高锰酸钾中的一种或几种；和/或所述氧化剂的质量浓度为30～50％。11、具体地，步骤s1中，所述氧化反应条件为：30～40℃，3～5h。12、优选地，步骤s2中，所述多巴胺溶液的浓度为2～5g/l，多巴胺的喷覆量为聚芳酯纤维质量的0.5～2％。13、合适的多巴胺浓度和用量可以在聚芳酯纤维表面形成均匀且厚度合适的聚多巴胺，进而有效促进后续反应的进行。14、优选地，步骤s2中，多巴胺在40～60℃条件下发生自聚-氧化反应。15、优选地，步骤s3中，所述聚芳酯纤维、碳化硅、硅烷偶联剂的质量比为(70～80)：(4～6)：(10～15)。16、优选地，步骤s3中，所述硅烷偶联剂为kh550或kh560；和/或17、所述碳化硅的粒径为20～50nm。18、优选地，步骤s3中，分散采用超声分散，分散时间为10～30min；和/或回流反应条件为：60～80℃，3～4h。19、本发明第二方面提供一种表面改性的聚芳酯纤维，该聚芳酯纤维由上述的方法制得。20、通过上述技术方案，本发明实现了以下有益效果：21、本发明通过对聚芳酯纤维进行强酸刻蚀和强氧化，更多更好地接枝氧化活性基团，利用纳米碳化硅的表面自润滑性质，使纤维之间的纠缠减少，克服活性基团聚堆的问题，以提高纤维复合材料成品的力学性能。此外，以喷雾的方式进行多巴胺涂敷反应，使得改性效果在纤维表面更加的均匀，改性效果会更好，单向纤维复合材料的力学性能显著提高。技术特征：1.一种聚芳酯纤维的表面改性方法，其特征在于，包括如下步骤：2.根据权利要求1所述的聚芳酯纤维的表面改性方法，其特征在于，步骤s1中，所述强酸为浓硫酸、浓硝酸中的一种或两种，刻蚀时间为2～3min。3.根据权利要求1所述的聚芳酯纤维的表面改性方法，其特征在于，步骤s1中，所述氧化剂为高碘酸钾、双氧水和高锰酸钾中的一种或几种；和/或4.根据权利要求1所述的聚芳酯纤维的表面改性方法，其特征在于，步骤s1中，所述氧化反应条件为：30～40℃，3～5h。5.根据权利要求1所述的聚芳酯纤维的表面改性方法，其特征在于，步骤s2中，所述多巴胺溶液的浓度为2～5g/l，多巴胺的喷覆量为聚芳酯纤维质量的0.5～2％。6.根据权利要求1所述的聚芳酯纤维的表面改性方法，其特征在于，步骤s2中，多巴胺在40～60℃条件下发生自聚-氧化反应。7.根据权利要求1至6中任一项所述的聚芳酯纤维的表面改性方法，其特征在于，步骤s3中，所述聚芳酯纤维、碳化硅、硅烷偶联剂的质量比为(70～80)：(4～6)：(10～15)。8.根据权利要求1至6中任一项所述的聚芳酯纤维的表面改性方法，其特征在于，步骤s3中，所述硅烷偶联剂为kh550或kh560；和/或9.根据权利要求1至6中任一项所述的聚芳酯纤维的表面改性方法，其特征在于，步骤s3中，分散采用超声分散，分散时间为10～30min；和/或10.一种表面改性的聚芳酯纤维，其特征在于，由权利要求1至9中任一项所述的方法制得。技术总结本发明公开了一种表面改性的聚芳酯纤维及其制备方法，制备方法包括如下步骤：S1、将聚芳酯纤维经强酸刻蚀后，浸入氧化剂溶液中进行氧化反应，得到表面氧化的聚芳酯纤维；S2、将多巴胺溶解后，在负压状态下，将多巴胺溶液均匀地喷覆在氧化后的聚芳酯纤维上，多巴胺发生自聚‑氧化反应，在聚芳酯纤维的表面形成聚多巴胺薄膜；S3、将步骤S2制得的表面形成有聚多巴胺薄膜的聚芳酯纤维与碳化硅、硅烷偶联剂混合分散，加热进行回流反应，得到表面改性的聚芳酯纤维。本发明通过对聚芳酯纤维进行强酸刻蚀和强氧化，更多更好地接枝氧化活性基团，利用纳米碳化硅的表面自润滑性质，使纤维之间的纠缠减少，克服活性基团聚堆的问题，以提高纤维的力学性能。技术研发人员：杨月锋,郭旭,王士峰受保护的技术使用者：润华（江苏）新材料有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1