用于芳族聚酰胺纤维改性的方法技术

本发明专利技术描述了处理芳族聚酰胺纤维以改性纤维表面的方法。与未经处理的纤维相比，经处理的纤维具有改善的对弹性体材料的附着力。改性方法包括照射纤维，在恒定的拉力下压缩并拉紧纤维，并且将纤维浸入偶联剂流体中。经处理的纤维可与弹性体一起使用并且在产品诸如轮胎中提供加强元件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于芳族聚酰胺纤维改性的方法本申请要求于2015年8月18日提交的美国临时申请序列号62/206,611以及于2016年3月31日提交的美国临时申请序列号62/316,000的权益，其全部内容通过引用并入本文。
本公开涉及用于改性芳族聚酰胺纤维的表面以改善粗糙度和对弹性体材料(例如含橡胶组合物)的附着力的方法。本公开还涉及表面增强的芳族聚酰胺纤维在生产硫化产品(例如轮胎和带束)方面的用途。
技术介绍
纤维通常用作加强元件以增加各种弹性体材料和相关产品(例如橡胶轮胎或带束)的强度和耐久性。芳族聚酰胺纤维，诸如Kevlar纤维，由于它们的高结晶度和光滑的外表面，可能表现出对弹性体的差的附着力。纤维的表面也可以为化学惰性的，还降低对其它材料的附着力。在弹性体和加强基体界面处缺乏足够的附着力常常导致材料性能差并且可能限制弹性体材料的潜在应用。已经尝试对纤维进行表面改性和处理以改善对弹性体材料的附着力。例如，等离子体处理可通过增加纤维表面处的活化能或蚀刻纤维表面以增加其粗糙度来增加橡胶附着力。其它促进附着力的方法包括使用通常应用于芳族聚酰胺帘线的涂层或粘合剂以形成与包封纤维的材料更相容的外表面。粘合剂体系可包括多个步骤并且需要将新材料引入到橡胶产品或纤维中，这两者都会增加与制造产品相关的时间和成本。本公开的目标为减轻或克服与现有技术有关的一个或多个困难。已经发现，涉及酸、微波装置、机械弯曲、偶联剂接触以及它们的组合的芳族聚酰胺纤维的处理可有利地改性芳族聚酰胺纤维的表面并且可增加纤维表面对弹性体材料的附着力。
技术实现思路
在第一方面，存在一种用于改性芳族聚酰胺纤维表面的方法。该方法包括(a)使芳族聚酰胺纤维与酸溶液接触持续预定量的时间以形成经预处理的芳族聚酰胺纤维；(b)从酸溶液中取出步骤(a)的芳族聚酰胺纤维并且将经预处理的芳族聚酰胺纤维浸入液体中；(c)照射液体中的经预处理的芳族聚酰胺纤维以改性芳族聚酰胺纤维的表面；并且(d)从液体中取出芳族聚酰胺纤维。在方面1的一个示例中，芳族聚酰胺纤维为聚(对苯二甲酰对苯二胺)。在方面1的另一个示例中，芳族聚酰胺纤维为聚(间苯二甲酰间苯二胺)。在方面1的另一个示例中，酸选自盐酸、硝酸、硫酸、氢溴酸、磷酸、氢碘酸、高氯酸以及它们的组合。在方面1的另一个示例中，将芳族聚酰胺纤维浸入酸溶液中例如持续至少20分钟的时间段。在方面1的另一个示例中，步骤(b)的液体为水，例如去离子水(DI水)。在方面1的另一个示例中，照射步骤(c)在容器中进行，例如以使纤维经受微波能量的微波装置。在方面1的另一个示例中，步骤(c)包括照射经预处理的芳族聚酰胺纤维持续至少15秒的时间段。在方面1的另一个示例中，步骤(c)包括在至少60瓦的功率电平下照射经预处理的芳族聚酰胺纤维。在方面1的另一个示例中，存在具有对弹性体增强的附着力的芳族聚酰胺纤维，该芳族聚酰胺纤维通根据过权利要求1所述的方法来制备。第一方面可单独提供或者与以上讨论的第一方面的任意一个或多个示例组合提供。在第二方面中，使方面1的芳族聚酰胺纤维，例如步骤(d)的芳族聚酰胺纤维与偶联剂接触。在方面2的一个示例中，偶联剂为乙烯基取代的化合物，例如具有两个或更多个乙烯基基团的环状化合物或者具有支化烷基取代基的环状化合物。在方面2的另一个示例中，偶联剂为乙烯基取代的有机硅，例如具有小于1000的分子量(Mw)的低分子量有机硅。在方面2的另一个示例中，偶联剂与溶剂例如有机溶剂或超临界二氧化碳混合。在方面2的另一个示例中，步骤(c)的芳族聚酰胺纤维浸入偶联剂流体中持续至少30分钟。在方面2的另一个示例中，根据测试#1，芳族聚酰胺纤维具有对橡胶组合物大于0.8MPa的附着力。第二方面可单独提供或者与以上讨论的第一方面或第二方面的任意一个或多个示例组合提供。在第三方面中，存在具有对弹性体材料增强的附着力的芳族聚酰胺纤维，通过将芳族聚酰胺纤维浸入液体中并照射芳族聚酰胺纤维以改性其表面来制备芳族聚酰胺纤维。在方面3的一个示例中，芳族聚酰胺纤维的表面通过在表面上形成泡罩而被改性，与辐照步骤之前的无泡罩芳族聚酰胺纤维表面相比，泡罩从芳族聚酰胺纤维的表面向外延伸。在方面3的另一个示例中，芳族聚酰胺纤维为聚(对苯二甲酰对苯二胺)或聚(间苯二甲酰间苯二胺)。在方面3的另一个示例中，芳族聚酰胺纤维在微波装置容器中在至少60瓦的功率下被照射持续至少30秒的时间段。第三方面可单独提供或与以上讨论的第三方面的任意一个或多个示例组合提供。在第四方面，存在一种用于改性芳族聚酰胺纤维表面的方法。该方法包括(a)使芳族聚酰胺纤维经受张力；(b)以大于30度的角度弯曲芳族聚酰胺纤维；并且(c)将芳族聚酰胺纤维从张力释放。在方面4的一个示例中，芳族聚酰胺纤维为聚(对苯二甲酰对苯二胺)或聚(间苯二甲酰间苯二胺)。在方面4的另一个示例中，施加到步骤(a)的芳族聚酰胺纤维上的张力为至少0.5N。在方面4的另一个示例中，步骤(b)包括以在45度至150度范围内的角度弯曲芳族聚酰胺纤维。在方面4的另一个示例中，包括以至少30度的角度弯曲芳族聚酰胺纤维两次或更多次。在方面4的另一个示例中，步骤(b)包括以至少90度的角度弯曲芳族聚酰胺纤维两次或更多次。在方面4的另一个示例中，通过使芳族聚酰胺纤维在元件上通过以施加芳族聚酰胺纤维的弯曲，以连续工序进行步骤(b)。在方面4的另一个示例中，元件为具有弯曲表面的滚筒或静态圆筒。在方面4的另一个示例中，在步骤(c)之后，芳族聚酰胺纤维以在10转/米至200转/米范围内的扭转速率扭曲。第四方面可单独提供或者与以上讨论的第四方面的任意一个或多个示例组合提供。在第五方面中，使方面4的芳族聚酰胺纤维，例如步骤(c)的芳族聚酰胺纤维与偶联剂接触。在方面5的一个示例中，偶联剂为乙烯基取代的化合物，例如具有两个或更多个乙烯基基团的环状化合物或者具有支化烷基取代基的环状化合物。在方面5的另一个示例中，偶联剂为乙烯基取代的有机硅化合物，例如具有小于1000的分子量(Mw)的低分子量有机硅。在方面5的另一个示例中，偶联剂与溶剂例如有机溶剂或超临界二氧化碳混合。在方面5的另一个示例中，步骤(c)的芳族聚酰胺纤维浸入偶联剂流体中持续至少30分钟。在方面5的另一个示例中，根据测试#1，芳族聚酰胺纤维具有对橡胶组合物大于0.8MPa的附着力。第五方面可单独提供或者与以上讨论的第四方面或第五方面的任意一个或多个示例组合提供。在第六方面中，存在具有对弹性体材料增强的附着力的芳族聚酰胺纤维，该芳族聚酰胺纤维通过在施加至芳族聚酰胺纤维的恒定张力下以大于30度的角度弯曲芳族聚酰胺纤维来制备。在第六方面的一个示例中，芳族聚酰胺纤维为聚(对苯二甲酰对苯二胺)或聚(间苯二甲酰间苯二胺)。在第七方面，具有一种改善芳族聚酰胺纤维对弹性体材料的附着力的方法。该方法包括(a)使芳族聚酰胺纤维与偶联剂流体接触；(b)从流体中取出芳族聚酰胺纤维；并且(c)干燥芳族聚酰胺纤维。在第七方面的一个示例中，芳族聚酰胺纤维为聚(对苯二甲酰对苯二胺)或聚(间苯二甲酰间苯二胺)。在第七方面的另一个示例中，偶联剂为乙烯基取代的化合物，例如具有两个或更多个乙烯基基团的环状化合物或者具有支化烷基取代基的环状化合物。在第七方面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于改性芳族聚酰胺纤维表面的方法，所述方法包括：a.使所述芳族聚酰胺纤维与酸溶液接触持续预定量的时间以形成经预处理的芳族聚酰胺纤维；b.从所述酸溶液中取出步骤(a)的所述芳族聚酰胺纤维并且将所述经预处理的芳族聚酰胺纤维浸入液体中；c.照射所述液体中的所述经预处理的芳族聚酰胺纤维以改性所述芳族聚酰胺纤维的所述表面；并且d.从所述液体中取出所述芳族聚酰胺纤维。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.18 US 62/206,611;2016.03.31 US 62/316,0001.一种用于改性芳族聚酰胺纤维表面的方法，所述方法包括：a.使所述芳族聚酰胺纤维与酸溶液接触持续预定量的时间以形成经预处理的芳族聚酰胺纤维；b.从所述酸溶液中取出步骤(a)的所述芳族聚酰胺纤维并且将所述经预处理的芳族聚酰胺纤维浸入液体中；c.照射所述液体中的所述经预处理的芳族聚酰胺纤维以改性所述芳族聚酰胺纤维的所述表面；并且d.从所述液体中取出所述芳族聚酰胺纤维。2.根据权利要求1所述的方法，所述芳族聚酰胺纤维为聚(对苯二甲酰对苯二胺)。3.根据权利要求1所述的方法，所述芳族聚酰胺纤维为聚(间苯二甲酰间苯二胺)。4.根据权利要求1所述的方法，所述酸选自盐酸、硝酸、硫酸、氢溴酸、磷酸、氢碘酸、高氯酸以及它们的组合。5.根据权利要求1所述的方法，所述芳族聚酰胺纤维浸入所述酸溶液中。6.根据权利要求1所述的方法，所述芳族聚酰胺纤维与所述酸溶液接触持续至少20分钟的时间段。7.根据权利要求1的方法，步骤(b)的所述液体为水。8.根据权利要求1所述的方法，所述照射步骤(c)在容器中进行。9.根据权利要求8所述的方法，所述容器为微波装置。10.根据权利要求1所述的方法，步骤(c)包括照射所述经预处理的芳族聚酰胺纤维持续至少15秒的时间段。11.根据权利要求1所述的方法，步骤(c)包括在至少60瓦的功率电平下照射所述经预处理的芳族聚酰胺纤维。12.一种芳族聚酰胺纤维，所述芳族聚酰胺纤维具有对弹性体增强的附着力，所述芳族聚酰胺纤维通过根据权利要求1所述的方法来制备。13.根据权利要求1所述的方法，还包括使步骤(d)的所述芳族聚酰胺纤维与偶联剂接触。14.根据权利要求13所述的方法，所述偶联剂为乙烯基取代的化合物。15.根据权利要求14所述的方法，所述乙烯基取代的化合物为具有两个或更多个乙烯基基团的环状化合物。16.根据权利要求13所述的方法，所述偶联剂为具有小于1000的分子量(Mw)的乙烯基取代的低分子量有机硅。17.根据权利要求13所述的方法，所述偶联剂为具有支化烷基取代基的环状化合物。18.根据权利要求13所述的方法，所述偶联剂与溶剂混合。19.根据权利要求18所述的方法，所述溶剂为超临界二氧化碳。20.根据权利要求18所述的方法，所述溶剂为有机溶剂。21.根据权利要求13所述的方法，步骤(c)的所述芳族聚酰胺纤维浸入偶联剂流体中持续至少30分钟。22.根据权利要求21所述的方法，根据测试#1，所述芳族聚酰胺纤维具有对橡胶组合物的大于0.8MPa的附着力。23.一种芳族聚酰胺纤维，所述芳族聚酰胺纤维具有对弹性体材料增强的附着力，所述芳族聚酰胺纤维通过将所述芳族聚酰胺纤维浸入液体中并且照射所述芳族聚酰胺纤维以改性其表面来制备。24.根据权利要求13所述的芳族聚酰胺纤维，所述芳族聚酰胺纤维的所述表面通过在所述表面上形成泡罩而被改性，与所述辐照步骤之前的无泡罩芳族聚酰胺纤维表面相比，所述泡罩从所述芳族聚酰胺纤维的所述表面向外延伸。25.根据权利要求13所述的芳族聚酰胺纤维，所述芳族聚酰胺纤维为聚(对苯二甲酰对苯二胺)或聚(间苯二甲酰间苯二胺)。26.根据权利要求13所述的芳族聚酰胺纤维，所述芳族聚酰胺纤维在微波装置容器中在至少60瓦的功率下被照射持续至少30秒的时间段。27.一种用于改性芳族聚酰胺纤维表面的方法，所述方法包括：a.使所述芳族聚酰胺纤维经受张力；b.以大于30度的角度弯曲所述芳族聚酰胺纤维；并且c.将所述芳族聚酰胺纤维从所述张力释放。28.根据权利要求27所述的方法，所述芳族聚酰胺纤维为聚(对苯二甲酰对苯二胺)。29.根据权利要求27所述的方法，所述芳族聚酰胺纤维为...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼哈尔·坎巴兹，艾伦·J·莱塞，赵伟，师佑·P·阿加瓦尔，明道加斯·拉卡艾蒂斯，
申请(专利权)人：马萨诸塞大学阿默斯特分校，株式会社普利司通，
类型：发明
国别省市：美国,US