一种改性聚苯硫醚纤维的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种改性聚苯硫醚纤维的制备方法，将聚苯硫醚纤维放置于具有深冷介质的深冷处理设备中，密闭，进行深冷处理，回温至室温，保温一段时间，即得改性聚酰亚胺纤维。本发明工艺方法简单、操作方便，降低了改性工艺的生产成本，在宇宙航空、海洋资材、军工、电力、电器、化工、各种受拉构件、体育方面、安全防护、复合材料、各种产业具有广泛用途。
【专利说明】
-种改性聚苯硫離纤维的制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于改性纤维的制备领域，特别设及一种改性聚苯硫酸纤维的制备方法。
【背景技术】
[0002] 纤维级聚苯硫酸树脂是一种线型结晶性高聚物，具有很高的热稳定性、耐化学腐 蚀性、阻燃性及良好的加工性，其纤维制品不仅耐腐蚀、耐高溫、阻燃、无毒，而且还具有极 好的物理机械性能和尺寸稳定性，因此，在航天航空、军工、电力、电器W及化工等领域有着 十分重要的应用价值。但该类聚苯硫酸也存在一些缺点，P P S树脂的摩擦系数较高达0.45 一住0.57,磨耗性能差从而使纤维的耐磨性不好。由PPS纤维的分子链呈刚性，结晶度可W 达到75%，初性较差，在烙融过程中易与空气中的氧气发生热氧化交联反应，致使黏度不稳 定。通过改性的方式，可克服PI^纤维的上述缺点，提高PI^纤维的综合性能。
[0003] 目前，使用广泛的方法是采用聚酷胺、聚締控、聚四氣乙締等共聚物进行共混纺 丝，及在PI^树脂中添加碳酸巧、二氧化娃等无机填充料对PI^进行改性，如将玻璃纤维和弹 性体对聚苯硫酸进行增强增初改性，W及抗氧化聚苯硫酸纤维的制造等。
[0004] 深冷处理又称超低溫处理或超亚冷处理，它是常规冷处理的延伸。深冷处理工艺 一般被认为是W液氮作为深冷介质，将被处理样品装在一定的容器内，不同的材料按其特 定的降溫曲线，控制降溫速率，缓慢地将样品降到液氮溫度，保溫一定时间，再按升溫曲线， 缓慢升到室溫的处理过程。运种工艺不仅主要用于黑色金属材料及其合金，有色金属材料 及其合金等，能使金属工具在抗磨料磨损、抗腐蚀磨损、减少内应力W及提高材料的稳定性 等方面都显示出一定程度的改善。
[0005] 迄今为止，将深冷处理工艺应用于聚苯硫酸纤维的改性处理中，还未见报道。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种改性聚苯硫酸纤维的制备方法，本发明的 深冷处理工艺过程及深冷处理设备结构简单，与其他改性处理工艺相比，更节约能源及生 产成本，具有良好的发展前景。
[0007] 本发明的一种改性聚苯硫酸纤维的制备方法，包括：
[0008] 将聚苯硫酸纤维放置于具有深冷介质的深冷处理设备中，将容器密闭，进行深冷 处理，回溫至室溫，保溫一段时间，即得改性聚酷亚胺纤维；
[0009] 其中深冷处理的工艺参数为：降溫速度为0.5°C/min-l(TC/min，处理溫度为恒溫 零下90 °C至零下200 °C，处理时间为化-1化，循环处理3-10次。
[0010] 所述聚苯硫酸纤维为Procon纤维（日本东洋纺），Torcon纤维（东丽公司）Jodron 纤维（Celanese公司）。
[0011] 所述深冷环境(介质)为液氮环境或其他方式得到的超低溫环境。
[0012] 聚苯硫酸纤维直接进行(在自然状态)深冷处理或在拉伸条件下进行深冷处理。
[0013] 拉伸条件为拉伸0.05%-0.5%。
[0014] 降溫和回溫过程可采用机器程序控溫方法，缓慢降溫和回溫;也可直接将聚苯硫 酸纤维取出放置在室溫环境下自动回溫。
[0015] 所述回溫为程序回溫或直接将聚苯硫酸纤维取出放置在室溫环境下自动回溫。
[0016] 所述程序回溫速率为rc/min-10°c/min。
[0017] 为加强深冷处理的效果，采用循环多次处理的方式进行深冷处理，每次深冷处理 的参数可W相同也可W不同。
[0018] 循环次数为1-10次。
[0019] 所述深冷处理，等同于超低溫处理或超亚冷处理，指的是将被处理对象置于特定 的、可控的低溫环境中，使其材料的微观组织结构产生变化，从而达到提高或改善材料性能 的一种方法。
[0020] 本发明对聚苯硫酸纤维进行深冷处理W提高其综合性能的改性方法，综合性能包 括聚苯硫酸纤维与树脂的界面结合性能、纤维的表面粗糖度、拉伸性能、耐磨损性能等。
[0021] 将聚苯硫酸纤维通过程序缓慢降溫，置于-190°C的深冷介质中进行处理一定时 间，并通过程序控溫缓慢回溫，并根据要求进行循环处理。然后保溫一段时间。缓慢降溫和 回溫能使纤维材料结构缓慢变形，不产生结构损坏;循环处理可W增强改性的效果。本发明 能够永久的提高聚苯硫酸纤维的拉伸强力，界面粘合性能和耐磨性。拉伸强力和耐磨性能 的提高，有利于延长聚苯硫酸纤维的使用寿命;界面粘合性能的提高可增强聚苯硫酸纤维 与树脂基体界面间的黏接能力，使复合材料内部的应力能够均匀传递，W满足高性能聚苯 硫酸纤维增强树脂复合材料的需求。本发明工艺方法简单、操作方便，降低了改性工艺的生 产成本，在宇宙航空、海洋资材、军工、电力、电器、化工、各种受拉构件、体育方面、安全防 护、复合材料、各种产业具有广泛用途。
[0022] 本发明所述深冷技术应用通常W液氮作为冷源，利用其相变(气化)吸热来获得低 溫环境。氮气是大气中的最主要成份之一，无毒无味，因而深冷技术的应用对环境无害，属 于绿色制造技术范畴。
[0023] 综上所述，本发明由于采用深冷处理，既能在提高聚苯硫酸纤维的耐磨损性能和 拉伸性能的前提下，同时明显地改善聚苯硫酸纤维与树脂基体的粘结性能，可显著提高聚 苯硫酸纤维增强树脂复合材料的整体力学性能，且工艺方法简单、操作方便，降低改性工艺 的生产成本，具有显著的经济效益和社会效益，拥有良好的工业应用前景。
[0024] 有益效果
[0025] (1)本发明中经深冷处理的聚苯硫酸纤维具有更为优异的综合力学性能，提高纤 维材料特别是聚苯硫酸绳网材料的使用寿命；
[0026] (2)本发明中聚苯硫酸纤维经深冷处理后表面粗糖化，表明能增加的同时与树脂 基体的接触面积也增大，有利于聚苯硫酸纤维与树脂形成良好的粘合界面，提高聚苯硫酸 增强复合材料的综合性能；
[0027] (3)本发明的深冷处理工艺过程及深冷处理设备结构简单，与其他改性处理工艺 相比，更节约能源及生产成本，具有良好的发展前景；
[0028] (4)本发明所述深冷处理技术W液氮作为冷源，利用其相变(气化)吸热来获得低 溫环境、无毒无味、环境友好，属于绿色制造技术范畴。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，运些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人 员可W对本发明作各种改动或修改，运些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。
[0030] 实施例1
[0031] 循环深冷处理方法改性Procon纤维：
[0032] 将清洁的Procon纤维放置在深冷处理设备(SLX-30)中。将深冷处理设备的容器盖 紧，W免低溫液氮泄露，影响溫度控制的准确性及处理效果，设置深冷处理工艺参数。按表1 中的深冷处理参数表设定深冷处理参数即可。
[0033] 表1深冷处理参数表 [nrml
[0035] 处理完毕后，容器环境溫度达到室溫后，保溫1小时，将Procon纤维取出，即完成改 性处理过程。深冷处理前，Procon纤维的强度3.6cN八ltex，与环氧树脂界面剪切强度36MPa。 深冷处理后，纤维强度4.3cN/dtex，与环氧树脂界面剪切强度42MPa。通过表面凹凸不平的 金属漉对纤维进行耐磨测试，结果显示:深冷处理前后Procon纤维的磨断时间由40秒延长 至55秒，耐磨性提高了 37.5 %。
[0036] 实施例2
[0037] 循环深冷处理方法改性化Kron纤维：
[0038] 将清洁的化dron纤维放置在深冷处理设备（SLX-30)中。将深冷处理设备的容器 盖紧，W免低溫液氮泄露，影响溫度控制的准确性及处理效果，设置深冷处理工艺参数。按 表2中的深冷处理参数表设定深冷处理参数即可。处理前，将纤缠绕在硬质框架上，给予一 定的拉伸张力，变形在0.1%左右，然后放入深冷箱中进行处理。
[0039] 表2深冷处理参数表
[0040]
[0041] 处理完毕后，容器环境溫度达到室溫后，保溫I小时，即完成改性处理过程。深冷处 理前，Fortron纤维的强度3.3cNAltex，与环氧树脂界面剪切强度38MPa。深冷处理后，纤维 强度3.9cNAltex，与环氧树脂界面剪切强度43MPa。通过表面凹凸不平的金属漉对纤维进行 耐磨测试，结果显示:深冷处理前后^dron纤维的磨断时间由42秒延长至56秒，耐磨性提 高了33.3%。
[0042] 实施例3
[0043] 采用深冷处理方法改性聚苯硫酸纤维：
[0044] 将清洁的聚苯硫酸纤维（四川得阳科技股份有限公司)放置在深冷处理设备(SLX-30)中。将深冷处理设备的容器盖紧，W免低溫液氮泄露，影响溫度控制的准确性及处理效 果，设置深冷处理工艺参数。因此，可按表3中的深冷处理参数表设定深冷处理参数即可。处 理前，将纤缠绕在硬质框架上，给予一定的拉伸张力，变形在0.1 %左右，然后放入深冷箱中 进行处理。
[0045] 表3深冷处理参数表 [00461
[0047]处理完毕后，容器环境溫度达到室溫后，保溫1小时，即完成改性处理过程。改性处 理前，聚苯硫酸纤维（四川得阳科技股份有限公司）的强度3. OcN/dtex，与环氧树脂界面剪 切强度36MPa。深冷处理后，纤维强度3.45cNAltex，与环氧树脂界面剪切强度41MPa。通过表 面凹凸不平的金属漉对纤维进行耐磨测试，结果显示:深冷处理前后聚苯硫酸纤维的磨断 时间由41秒延长至56秒，耐磨性提高了 36.6 %。
【主权项】
1. 一种改性聚苯硫醚纤维的制备方法，包括： 将聚苯硫醚纤维放置于具有深冷介质的深冷处理设备中，密闭，进行深冷处理，回温至 室温，即得改性聚酰亚胺纤维； 其中深冷处理的工艺参数为：降温速度为0.5°c/min-10°c/min，处理温度为恒温零下 90 °C至零下200 °C，处理时间为3h-l 5h，循环处理1-10次。2. 根据权利要求1所述的一种改性聚苯硫醚纤维的制备方法，其特征在于:所述聚苯硫 酿纤维为Procon纤维、Torcon纤维、Fortron纤维。3. 根据权利要求1所述的一种改性聚苯硫醚纤维的制备方法，其特征在于:所述深冷介 质为液氮。4. 根据权利要求1所述的一种改性聚苯硫醚纤维的制备方法，其特征在于:聚苯硫醚纤 维直接进行深冷处理或在拉伸条件下进行深冷处理。5. 根据权利要求4所述的一种改性聚苯硫醚纤维的制备方法，其特征在于:拉伸条件为 拉伸 0.05%-0.5%。6. 根据权利要求1所述的一种改性聚苯硫醚纤维的制备方法，其特征在于:所述回温为 程序回温或直接将聚苯硫醚纤维取出放置在室温环境下自动回温。7. 根据权利要求6所述的一种改性聚苯硫醚纤维的制备方法，其特征在于:所述程序回 温速率为 rC/min-10°C/min。8. 根据权利要求1所述的一种改性聚苯硫醚纤维的制备方法，其特征在于:采用循环处 理的方式进行深冷处理，每次深冷处理的参数相同或不同。9. 根据权利要求8所述的一种改性聚苯硫醚纤维的制备方法，其特征在于:循环次数为 3-10次。
【文档编号】D06M10/00GK105821644SQ201610357553
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月26日
【发明人】许福军, 张昆
【申请人】东华大学