本發明屬于造紙工業技術領域，具體涉及一種對位芳綸短切纖維的改性方法。

背景技術：

芳綸纖維是芳香族聚酰胺纖維的通稱，它是二十世紀六七十年代由美國杜邦公司率先研制開發的一種合成纖維，根據化學結構的不同，芳綸纖維可分為間位芳綸纖維和對位芳綸纖維。間位芳綸由美國杜邦公司研究并實現工業化生產后，產品注冊為我國稱為芳綸1313；對位芳綸(簡稱PPTA)投入生產后正式命名為我國稱為芳綸1414。

對位芳綸纖維(PPTA)是由對苯二胺和對苯二甲酰氯縮聚得到的聚合物溶解于濃硫酸或氫氟酸或氯磺酸中制成具有液晶性能的溶液，再經干-濕法紡絲制而成。對位芳綸纖維分子結構上的酰胺基與苯環形成π共軛效應，具有很高的內旋位能，分子鏈呈剛性伸直狀，且存在很強的分子間氫鍵，這些結構特性賦予了對位芳綸纖維超高強度和高模量、優異的耐高溫性和韌性，同時還有良好耐化學品腐蝕性，具有“合成鋼絲”的美譽，是防護和增強型材料的理想原料。目前其產品主要有短切、漿粕以及沉析三種形態，多用作高檔輪胎簾子線、復合增強材料、剎車片、航天航空等結構材料。其優良的耐熱性能和介電性能，可作為絕緣材料、結構材料、電子材料而廣泛應用于電力、交通、電子等重要高科技行業，是全球發展最快、產量最高和用途最廣的高性能纖維。

雖然有很多優異的力學和化學等性能，但是作為許多復合材料增強體的對位芳綸短切纖維，表面分子鏈排列取向度高，結晶度高，苯環的大位阻作用使得酰胺基團上的氫很難與其他原子反應；但是，纖維表面光滑，比表面積小，缺少化學活性基團，與基體無物理嚙合點等，都導致了芳綸纖維浸潤性差，與其他基體制造的復合材料的界面粘結性差，嚴重降低了芳綸復合材料的性能。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種對位芳綸短切纖維的改性方法，解決了對位芳綸短切纖維浸潤性差和與基體材料的界面粘結性差的問題。

本發明所采用的技術方案是，一種對位芳綸短切纖維的改性方法，具體步驟包括：

步驟1，采用混酸溶液對清洗后的對位芳綸短切纖維進行粗化預處理；

步驟2，采用溶膠-凝膠法對預處理后的對位芳綸短切纖維表面進行納米SiO₂改性，得到改性后的對位芳綸短切纖維。

本發明的特點還在于，

對位芳綸短切纖維的清洗是將對位芳綸短切纖維加入水中，用十二烷基苯磺酸鈉在50-70℃的水浴鍋中進行清洗20-40min，然后用蒸餾水沖洗干凈，烘干備用。

步驟1中混酸溶液為濃硝酸和濃硫酸按體積比為3：1組成的混合溶液。

步驟2溶膠-凝膠法具體為：將預處理后的對位芳綸短切纖維在混合液中超聲分散10min后加入正硅酸乙酯，攪拌12-15h，然后經尼龍膜過濾；最后，重復上述步驟至少4次，生成的產物在空氣中干燥后真空干燥，得到改性后的對位芳綸短切纖維。

混合液為無水乙醇、去離子水和氨水以體積比為10：3：1組成的混合物。

真空干燥的溫度為50-70℃，時間為12-24h。

本發明的有益效果是，本發明對位芳綸短切纖維的改性方法，采用溶膠-凝膠法，以正硅酸乙酯為前驅體，在乙醇介質中用氨水水解正硅酸乙酯(TEOS)，在纖維表面原位合成納米SiO₂粒子，來改善纖維光滑且無活性基團的惰性表面。纖維表面合成的納米SiO₂有較好的耐熱耐磨性，可以作為一種復合材料的增強體，來提高材料的耐高溫耐摩擦磨損性能。

本發明改性方法不僅改善了對位芳綸短切纖維表面惰性的問題，而且提高了纖維/樹脂基復合材料的界面結合性能，拓寬了芳綸纖維在復合材料領域的應用。

附圖說明

圖1為未處理的芳綸短切纖維的掃描電鏡圖；

圖2為混酸預處理的芳綸短切纖維的掃描電鏡圖；

圖3為本發明納米粒子改性處理的芳綸短切纖維的掃描電鏡圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行詳細說明。

本發明對位芳綸短切纖維的改性方法，具體步驟包括：

步驟1，將對位芳綸短切纖維加入水中，用十二烷基苯磺酸鈉在50-70℃的水浴鍋中進行清洗20-40min，然后用蒸餾水沖洗干凈，烘干備用；

步驟2，采用混酸溶液(混酸溶液為濃硝酸和濃硫酸按體積比為3：1組成的混合溶液)對步驟1清洗后的對位芳綸短切纖維進行粗化預處理；

步驟3，將預處理后的對位芳綸短切纖維在混合液(將氧化的對位芳綸短切纖維在混合液(混合液為無水乙醇、去離子水和氨水以體積比為10：3：1組成的混合物)中超聲分散后加入正硅酸乙酯，攪拌12-15h，然后經尼龍膜真空過濾后真空干燥，最后，重復上述步驟至少4次，生成的產物在空氣中干燥后在50-70℃下真空干燥12-24h，得到改性后的對位芳綸短切纖維。

本發明對位芳綸短切纖維的改性方法，采用溶膠-凝膠法，以正硅酸乙酯為前驅體，在乙醇介質中用氨水水解正硅酸乙酯(TEOS)，在纖維表面原位合成納米SiO₂粒子，來改善纖維光滑且無活性基團的惰性表面。纖維表面合成的納米SiO₂有較好的耐熱耐磨性，可以作為一種復合材料的增強體，來提高材料的耐高溫耐摩擦磨損性能。

本發明改性方法不僅改善了對位芳綸短切纖維表面惰性的問題，而且提高了纖維/樹脂基復合材料的界面結合性能，拓寬了芳綸纖維在復合材料領域的應用。

由圖1可知，未處理的短切纖維整體呈棒狀，纖維表面光潔圓滑不利于納米粒子的附著；由圖2可知，混酸預處理過的纖維表面分絲起毛，且出現很多凹凸不平的刻蝕和斑痕，為納米粒子的附著提供了極多的著位點；由圖3可知，SiO₂納米粒子能夠和纖維表面較好的結合在一起，進一步證明預處理的必要性。

實施例1

(1)纖維預處理：將對位芳綸短切纖維加入水中，用十二烷基苯磺酸鈉在50℃的水浴鍋中進行清洗20min，然后用蒸餾水沖洗干凈，烘干備用。配置混酸溶液，為濃硝酸和濃硫酸按體積比為3：1組成的混合溶液，將清洗過的短切纖維放入混酸溶液中，對其進行氧化處理，然后用水清洗后干燥備用。

(2)纖維改性過程：將氧化的短切纖維在穩定而均勻的混合液中超聲分散(混合液為無水乙醇、去離子水和氨水以體積比為10：3：1組成的混合物)。然后，快速加入TEOS(正硅酸乙酯)，形成的混合物在室溫下攪拌12h，使其反應。

(3)纖維后處理：反應完成后，纖維混合液經尼龍膜真空過濾，再進行真空干燥。最后，重復上述實驗步驟至少四遍，生成的產物在空氣中干燥，最后放在50℃真空干燥箱中干燥12h，所得產物為改性后的增強纖維。

實施例2

(1)纖維預處理：對位芳綸短切纖維預處理：將對位芳綸短切纖維加入水中，用十二烷基苯磺酸鈉在60℃的水浴鍋中進行清洗30min，然后用蒸餾水沖洗干凈，烘干備用。配置混酸溶液，為濃硝酸和濃硫酸按體積比為3：1組成的混合溶液，將清洗過的短切纖維放入混酸溶液中，對其進行氧化處理，然后用水清洗后干燥備用。

(2)纖維改性過程：將氧化的短切纖維在穩定而均勻的混合液中超聲分散(混合液為無水乙醇、去離子水和氨水以體積比為10：3：1組成的混合物)。然后，快速加入TEOS(正硅酸乙酯)，形成的混合物在室溫下攪拌13h，使其反應。

(3)纖維后處理：反應完成后，纖維混合液經尼龍膜真空過濾，再進行真空干燥。最后，重復上述實驗步驟5次，生成的產物在空氣中干燥，最后放在60℃真空干燥箱中干燥18h，所得產物為改性后的增強纖維。

實施例3

(1)纖維預處理：對位芳綸短切纖維預處理：將對位芳綸短切纖維加入水中，用十二烷基苯磺酸鈉在70℃的水浴鍋中進行清洗40min，然后用蒸餾水沖洗干凈，烘干備用。配置混酸溶液，為濃硝酸和濃硫酸按體積比為3：1組成的混合溶液，將清洗過的短切纖維放入混酸溶液中，對其進行氧化處理，然后用水清洗后干燥備用。

(2)纖維改性過程：將氧化的短切纖維在穩定而均勻的混合液中超聲分散(混合液為無水乙醇、去離子水和氨水以體積比為10：3：1組成的混合物)。然后，快速加入TEOS(正硅酸乙酯)，形成的混合物在室溫下攪拌15h，使其反應。

(3)纖維后處理：反應完成后，纖維混合液經尼龍膜真空過濾，再進行真空干燥。最后，重復上述實驗步驟至少四遍，生成的產物在空氣中干燥，最后放在70℃真空干燥箱中干燥24h，所得產物為改性后的增強纖維。