纳米聚对苯二甲酸乙二酯纤维的表面处理方法技术

本发明专利技术公开了一种工艺简单、处理效果好、成本较低的纳米聚对苯二甲酸乙二酯纤维的表面处理方法，其特点是：使等离子体发生装置中的放电电极产生等离子体，并让纳米聚对苯二甲酸乙二酯纤维从等离子体中通过，从而使纳米聚对苯二甲酸乙二酯纤维表面得到改性处理，再用树脂对经等离子体改性处理过的纳米聚对苯二甲酸乙二酯纤维进行接枝和包覆。经过本发明专利技术所述方法处理过的纳米聚对苯二甲酸乙二酯纤维同有机基体材料之间的复合性能得到了大大提高，并且用树脂对经等离子体改性处理过的纳米聚对苯二甲酸乙二酯纤维进行接枝和包覆后可以大大延长纳米聚对苯二甲酸乙二酯纤维在大气中保持活性的时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到一种增强热塑性管材(RTP)中所使用的增强骨架材料的加工方法，尤其涉及到对纳米聚对苯二甲酸乙二酯纤维表面进行改性处理的方法。
技术介绍
纳米聚对苯二甲酸乙二酯纤维——简称纳米PET纤维，主要采用高度分散的纳米粉体在反应釜中聚合聚对苯二甲酸乙二酯，得到了性能符合设计要求的纳米复合材料。 纳米PET纤维是一种新型的团簇类纤维材料，具有许多特别优秀的性能。纳米PET纤维与碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)等其它高科技纤维相比，具有力学性能好、耐高低温性能好、性价比高、耐酸耐碱、抗紫外线性能好、耐环境性能好、绝缘性能好、吸湿性低等优点。以纳米PET纤维为增强体可制成各种性能优异的复合材料，广泛应用于消防、环保、军工、汽车船舶制造、工程塑料、建筑等军工、民用领域。 增强热塑性塑料管——简称RTP管，管材中使用传统的钢带、钢丝、玻璃纤维或者芳纶纤维等作为增强骨架材料，该种管材已经发展来满足诸如耐高压、高抗腐蚀性流体的处理等非常特殊的要求，例如在压力高达100bar下输送原油和酸天然气(sour gas)。 由于纳米PET纤维表面的低反应性，其同有机基体材料之间的复合性能很差，因而不能直接用作增强热塑性塑料管材的增强材料，而必须对纳米PET纤维表面进行修饰处理，使纳米PET纤维同管材的基体树脂之间能很好的复合。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种工艺简单、处理效果好、成本较低的。 为解决上述技术问题，本专利技术采用的具体技术方案是所述的，其特点是使等离子体发生器中的放电电极产生等离子体，并让纳米聚对苯二甲酸乙二酯纤维从等离子体中通过，使等离子体直接作用于纳米聚对苯二甲酸乙二酯纤维，从而使纳米聚对苯二甲酸乙二酯纤维表面得到改性处理，再用树脂对经过等离子体改性处理过的纳米聚对苯二甲酸乙二酯纤维进行接枝和包覆。 上述的树脂选自乙烯-醋酸乙烯酯(简称EVA)、聚乙烯醇缩丁醛(简称PVB)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(简称ISI)、聚甲基丙烯酸甲酯(简称PMMA)、热塑性聚氨酯树脂(简称TPU)、聚酯弹性体(简称TPEE)、环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂。 上述的等离子体发生器是射频等离子体发生器，等离子体放电模式是常压下大面积介质阻挡放电。等离子体发生装置的放电功率为50～1000W，优选100～800W。 等离子体作用于纳米聚对苯二甲酸乙二酯纤维表面的处理时间为3～60秒，优选5～20秒。 本专利技术所述方法的技术原理是等离子体被认为是除了固态、液态和气态以外的物质第四态。低温等离子体中粒子的能量一般约为几个至十几电子伏特，大于材料的结合键能，完全可以破坏材料的化学键而形成新键，其能量远低于高能放射性射线，只涉及材料表面，不影响材料的本体性能。处于非热力学平衡状态下的低温等离子体中，电子具有较高的能量，可以断裂材料表面分子的化学键，提高粒子的化学反应活性，利用等离子体对材料表面进行处理可引起材料表面的物理和化学改性。等离子体表面处理工艺具有刻蚀、活化、交联等作用。通过等离子体表面处理，材料表面发生多种物理、化学变化，或产生刻蚀而粗糙，或形成致密的交联层，或引入含氧极性基团，使亲水性、粘结性、可染色性、生物相容性及电性能等分别得到改善，使材料表面由非极性、难粘性转为有一定极性、易粘结和亲水性，有利于粘结、涂敷和印刷。 本专利技术在大气压环境下，通过介质阻挡放电等离子体发生装置形成高能量的冷等离子体，对纳米PET纤维进行表面处理，发生如下的物理化学变化(1)纳米PET纤维表面的部分化学键断开，形成化学活性高的自由基；(2)以等离子体状态存在的氧原子和离子等自由基，迅速与纳米PET纤维表面的自由基结合，形成新的化学键；(3)纳米PET纤维表面受到轰击和刻蚀，微观结构由光滑变粗糙，表面润湿性得到了改善，有利于树脂的渗透。这些变化可以提高纳米PET纤维增强带与RTP管材基体树脂之间的界面胶合性能。并且达到一系列很高的技术指标，如纤维断裂强度(cN/dtex)≥6.0，纳米PET纤维表面的C含量降低3.9％，O含量增大21％，表明材料表面得到有效的刻蚀和化学键重组；经过纳米PET纤维及增强带表面对蒸馏水的润湿性测试，未处理的纳米PET纤维外表面的润湿角分别为95-110°和100-115°，而经过等离子体处理后，润湿角都降低到30-60°，表明纳米PET纤维及增强带对极性液体的润湿性得到显著提高，树脂溶液能够有效渗透纳米PET纤维及由其制成的增强带。 由于等离子体处理后的材料表面的活性存在实效性，为了解决此问题，我们将等离子体处理后的纳米PET纤维立即进行树脂接枝和包覆，包覆后的纳米PET纤维同树脂之间的相容性很好，集束性很好，整体拉伸强度提高了。这样保持了等离子体处理的活性，可以提高处理后的纳米PET纤维及增强带同RTP管材的基体树脂之间的界面胶合强度。 本专利技术的优点是工艺简单、操作方便、加工速度快、处理效果好、成本低、不易引起环境污染。将处理过后的纳米PET纤维作为增强RTP管材的骨架材料，纤维同RTP管材的基体树脂之间复合非常好。用纳米PET纤维制成的增强带可以替代传统的芳纶增强带，其成本只有芳纶增强带的六分之一，大大降低了RTP管材的制造成本，扩展了RTP管材的应用领域；利用纳米PET纤维作为增强材料的RTP管材质量轻、柔韧性好、耐高压、耐化学腐蚀，可用于石油、天然气开采中油气和水的高压输送、海上油井管材、水中铺设的管道、非开挖铺设和修复、化工用管材等方面。 附图说明 图1是本专利技术所述的工艺流程图。 具体实施例方式 下面结合附图和具体实施例对本专利技术所述的技术方案作进一步描述。 实施例1用作RTP管材增强材料的纳米聚对苯二甲酸乙二酯纤维丝束的制备 参见图1所示，将待处理的纳米聚对苯二甲酸乙二酯纤维1沿轴向穿过射频等离子体发生器2中的一对放电电极3之间，使射频等离子体发生器2正常工作，调节等离子体放电功率为500W，调节两个放电电极3之间的距离为5毫米，使其在常压下通过介质阻挡放电方式产生高能量的、均匀的等离子体。在射频等离子体发生器2的后面设置有一个盛装树脂溶液的样品池4，所述的树脂选自乙烯-醋酸乙烯酯、聚乙烯醇缩丁醛、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、热塑性聚氨酯树脂、聚酯弹性体、环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂等，并且将选用的树脂用汽油、无水乙醇或丙酮等溶解配制成2～15％浓度的溶液。经过等离子体处理后的纳米聚对苯二甲酸乙二酯纤维1在丝束收卷机8的作用下，穿过盛装有树脂溶液的样品池4、并浸透树脂溶液，利用树脂对纳米聚对苯二甲酸乙二酯纤维丝进行接枝和包覆，然后出样品池4，经热风干燥装置5干燥后，丝束进入合股加捻机6合股，再进入丝束涂覆机7对合股丝进行涂覆处理，最后被丝束收卷机8收卷；调节收卷机8的收卷速度，使纳米聚对苯二甲酸乙二酯纤维的走线速度为5-30米/分钟，以保证纳米聚对苯二甲酸乙二酯纤维被等离子体处理的时间在2-8秒钟左右。 实施例2用作RTP管材增强材料的纳米聚对苯二甲酸乙二酯纤维增强带的制备 参见图1所示，本实施例中，制作增强带的前道工序与制作纤维束的前道工序相同，其不同点在于纤维束经合股加捻机6合股、并经丝束涂覆机7涂本文档来自技高网...

【技术保护点】
纳米聚对苯二甲酸乙二酯纤维的表面处理方法，其特征在于：使等离子体发生器中的放电电极产生等离子体，并让纳米聚对苯二甲酸乙二酯纤维从等离子体中通过，使等离子体直接作用于纳米聚对苯二甲酸乙二酯纤维，从而使纳米聚对苯二甲酸乙二酯纤维表面得到改性处理，再用树脂对经过等离子体改性处理过的纳米聚对苯二甲酸乙二酯纤维进行接枝和包覆。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王德禧，黄学祥，严为群，姚仲梁，谢巍，周亚俊，
申请(专利权)人：张家港中联科技有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]