一种PBO纤维的超声化学表面改性方法技术

本发明专利技术属于高分子纤维表面改性技术领域，特别是提供了一种ＰＢＯ纤维的超声化学表面改性方法。特征是将ＰＢＯ纤维浸于配置好的均匀分散的化学溶液中，在超声波功率３０～１００Ｗ、超声波频率２０～６０ｋＨｚ、水浴温度２０～６０℃的条件下，超声振荡１～１０ｍｉｎ；取出上述改性后的ＰＢＯ纤维，用去离子水或蒸馏水反复清洗；将清洗后的改性ＰＢＯ纤维取出，于５０～１５０℃烘干。其中，化学溶液为多聚磷酸无水乙醇混合溶液、多聚磷酸、甲基磺酸、硝酸、甲酸或硅烷偶联剂等中的至少一种。本发明专利技术所用设备投资费用低，操作简便，工艺流程短，改性过程稳定，提高了ＰＢＯ纤维表面改性效果，纤维性能损失小，质量可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高分子纤维表面改性
，特别是提供了一种PBO (即聚对 苯撑苯并双噁唑)纤维的超声化学表面改性方法。
技术介绍
聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)纤维是20世纪80年代初Wolfe等人开发出的 超高性能高分子纤维， 一般直径为12pm左右，具有比芳纶更高的比强度、比模 量和耐高温等一系列优异性能，其密度约为1.57g/cm3，抗拉强度达到5.8GPa，拉 伸模量达到280GPa，耐热温度达到65(TC。作为新一代先进复合材料的增强体等， PBO纤维在国民经济、航空航天和国防军工各个领域具有广泛的应用前景。但是，PBO纤维表面光滑、极性小 且活性低，不易与金属、无机粉体或树脂基体等结合，致使在以PBO纤维为基体 制备金属包覆PBO纤维或无机粉体包覆PBO纤维以及以PBO纤维为增强相制备 纤维增强结构复合材料时，常常出现纤维与其他材料之间的界面结合性能差，界面剪切强度低，力的传递性能较差等问题，从而影响复合材料综合性能的发挥，制约了 PBO纤维在先进复合材料领域的进一步推广应用。因此，对PBO纤维表面进行改性，以提高PBO纤维与其他材料的粘结能力，是PBO纤维应用中一个急需解决的瓶颈问题。目前对PBO纤维表面进行改性的方法较多，主要包括化学法、等离子体处理法、表面高能辐射法、共聚改性法以及偶联剂处理法等。这些方法都在不同程度上改善了PBO纤维的表面性能，但是存在着纤维表面处理程度难以控制，表面改性不均匀，改性时间长，而且大都以损失PBO纤维的力学性能或热性能为代价等问题。因此，开发新的PBO纤维表面改性方法具有十分重要的意义。众所周知，超声波能产生空化作用，并产生速度约为110m's-M敖射流，同 时使流体处于高频振荡状态。研究发现，将超声波技术引入材料的表面改性中，可以提高材料的表 面改性质量，缩短改性时间，同时降低消耗，减小环境污染。因此，将超声波技 术引入，与现有的PBO纤维表面改性技术相结合，必将有助于解决目前PBO纤维 表面改性中存在的不足。有关超声波技术在PBO纤维表面改性中应用的研究目前 尚未见到公开报导。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种PBO纤维的超声化学表面改性方法，利用超波具有的空化作用，与在实验室条件和工业化生产条件下都易于实现，且操作最 为简单、生产成本最低的化学法相结合，对PBO纤维进行表面改性，以便解决传 统化学法改性PBO纤维表面时存在的改性程度难于控制，改性均匀性差，纤维性 能损伤严重以及改性时间较长、生产成本高等问题，克服现有的PBO纤维表面因 光滑且活性低而与金属、无机粉体或树脂等的界面结合性能差的缺陷，使PBO纤 维与其他材料结合的界面性能得以改善。本专利技术所述PBO纤维的超声化学表面改性工艺如下1、 将PBO纤维浸于多聚磷酸无水乙醇混合溶液或多聚磷酸或甲基磺酸或硝 酸或甲酸或硅烷偶联剂化学溶液中，在超声波功率30 100W、超声波频率 20 60kHz、水浴温度20 6(TC的条件下，超声振荡1 10min;2、 取出上述改性后的PBO纤维，用去离子水或蒸馏水反复清洗；3、 将上述清洗后的改性PBO纤维取出，于50 15(TC烘干。 本专利技术所述的多聚磷酸的浓度为80 99.9wt% ，无水乙醇的浓度为93~99.99wt%，甲基磺酸的浓度为70 100wt。/。，硝酸的浓度为45 90wt。/。，甲酸的 浓度为85~99wt% ，硅垸偶联剂的浓度为90~99wt% 。对于多聚磷酸无水乙醇混合溶液要求多聚磷酸与无水乙醇的体积比为 0.5~1.5: 1，将配置好的多聚磷酸无水乙醇混合溶液放入超声波设备中，在超声 波功率30 100W、超声波频率20 60kHz的条件下，进行超声分散5 120min，制备出均匀分散的化学溶液。本专利技术的优点在于，PBO纤维表面改性所用设备投资费用低，操作简便，工 艺流程短，改性过程稳定，并且提高了PBO纤维表面改性效果，纤维性能损失小， 质量可靠，同时还节约能源，大量縮短改性时间，降低化学品用量和产品成本， 减少环境污染，适用于工业化生产。具体实施方式实施例1:将80wt。/。多聚磷酸与99.7wt。/。无水乙醇按体积比为1: 1配置好的多聚磷酸无 水乙醇混合溶液放入超声波设备中，在超声波功率30W、超声波频率45kHz的条 件下，进行超声分散5min，制备出均匀分散的混合溶液。将PBO纤维浸于上述分散好的多聚磷酸无水乙醇混合溶液中，在超声波功率 60W、超声波频率50kHz、水浴温度5(TC的条件下，继续超声振荡3min;取出上述改性后的PBO纤维，用去离子水反复清洗。将上述清洗后的改性PBO纤维取出，于60'C烘干，即获得表面改性后的PBO 纤维。实施例2:将PBO纤维浸于98wt。/。甲基磺酸溶液中，在超声波功率70W、超声波频率60kHz、水浴温度60'C的条件下，超声振荡lmin;取出上述改性后的PBO纤维，用蒸馏水反复清洗。将上述清洗后的改性PBO纤维取出，于7(TC烘干，即获得表面改性后的PBO 纤维。实施例3:将PBO纤维浸于80wty。多聚磷酸溶液中，在超声波功率100W、超声波频率 20kHz、水浴温度40'C的条件下，超声振荡lmin;取出上述改性后的PBO纤维，用去离子水反复清洗。将上述清洗后的改性PBO纤维取出，于8(TC烘干，即获得表面改性后的PBO 纤维。权利要求1.一种PBO纤维的超声化学表面改性方法，其特征是(1)将PBO纤维浸于多聚磷酸无水乙醇混合溶液或多聚磷酸或甲基磺酸或硝酸或甲酸或硅烷偶联剂化学溶液中，在超声波功率30～100W、超声波频率20～60kHz、水浴温度20～60℃的条件下，超声振荡1～10min；(2)取出改性后的PBO纤维，用去离子水或蒸馏水反复清洗；(3)将上述清洗后的改性PBO纤维取出，于50～150℃烘干。2. 如权利要求1所述的PB0纤维的超声化学表面改性方法，其特征是对于多聚磷酸无水乙醇混合溶液要求多聚磷酸与无水乙醇的体积比为0.5 1.5: 1;多聚磷酸的浓度为80 99.9wtn/。，无水乙醇的浓度为93 99.99wt。/。；将配置好的多聚 磷酸无水乙醇混合溶液放入超声波设备中，在超声波功率30 100W、超声波频率 20 60kHz的条件下，进行超声分散5 120min，制备出均匀分散的化学溶液。3. 如权利要求1所述的PB0纤维的超声化学表面改性方法，其特征是甲基磺 酸的浓度为70 100wt。/。，硝酸的浓度为45 90wt。/。，甲酸的浓度为85 99wt。/。，硅 烷偶联剂的浓度为90 99wt。/0。全文摘要本专利技术属于高分子纤维表面改性
，特别是提供了一种PBO纤维的超声化学表面改性方法。特征是将PBO纤维浸于配置好的均匀分散的化学溶液中，在超声波功率30～100W、超声波频率20～60kHz、水浴温度20～60℃的条件下，超声振荡1～10min；取出上述改性后的PBO纤维，用去离子水或蒸馏水反复清洗；将清洗后的改性PBO纤维取出，于50～150℃烘干。其中，化学溶液为多聚磷酸无水乙醇混合溶液、多聚磷酸、甲基磺酸、硝酸、甲酸或硅烷偶联剂等中的至少一种。本专利技术所用设备投资费用低，操作简便，工艺流程短，改性过程稳定，提高了P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＰＢＯ纤维的超声化学表面改性方法，其特征是：　　　　（１）将ＰＢＯ纤维浸于多聚磷酸无水乙醇混合溶液或多聚磷酸或甲基磺酸或硝酸或甲酸或硅烷偶联剂化学溶液中，在超声波功率３０～１００Ｗ、超声波频率２０～６０ｋＨｚ、水浴温度２０～６０℃的条件下，超声振荡１～１０ｍｉｎ；　　　　（２）取出改性后的ＰＢＯ纤维，用去离子水或蒸馏水反复清洗；　　　　（３）将上述清洗后的改性ＰＢＯ纤维取出，于５０～１５０℃烘干。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘雪峰，栾燕燕，谢建新，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]