本发明涉及高分子材料领域，尤其是一种芳纶表面改性的方法。
背景技术：
芳纶纤维(af)具有高拉伸强度、高拉伸模量、良好的耐疲劳性、耐化学腐蚀性和尺寸稳定性及高耐热、低膨胀、低导热、不燃、不溶等优异的性能成为橡胶复合材料的理想增强材料。但由于芳纶纤维苯环的位阻效应和分子链的高结晶度，使其表面十分光滑，化学惰性强，表面的酰胺基团很难与其它基团产生作用，导致无法与橡胶基体很好的粘结，严重影响了其优异力学性能的发挥。故必须在使用前对其进行表面活化处理，通过降低纤维表面取向度或增加一些活性基团，提高其与基体界面粘接强度，从而改善芳纶纤维与天然橡胶的界面相容性。
目前芳纶纤维表面改性方法主要分为三大类：化学改性法、物理改性法和其他改性方法。紫外辐照改性技术可以增加芳纶纤维表面粗糙度和表面活性，为二次接枝提供条件，但由于其是物理改性，改性后的纤维与天然橡胶间的机械螯合作用较弱。而硅烷偶联法是一种化学改性方法，能够有效改善芳纶纤维与天然橡胶界面相容性。通过紫外辐照改性和kh570二次接枝改性处理，能够有效改善芳纶纤维与天然橡胶基体的界面粘合性，提高芳纶纤维/橡胶复合材料的力学性能以及使用寿命。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种芳纶表面改性的方法，它能显著提高芳纶纤维和天然橡胶的界面粘结强度，从而提高其复合材料的性能，并且适用于工业化生产，以克服现有技术的不足。
本发明是这样实现的：芳纶表面改性的方法，先将芳纶纤维进行干燥，将干燥后的芳纶纤维平铺为一层，再用紫外灯在距离芳纶10-30cm处进行辐照，在常温常压条件下，辐射时间为1-60分钟，然后将紫外辐照改性后的芳纶纤维剪成5-15mm长的短纤维，备用。所述的紫外光波长为264nm，紫外灯功率为500-1000w。
在室温下配置5-60wt％的kh570乙醇溶液，用保鲜膜将烧杯口封严，放入超声波清洗器中超声震荡5-20min，使其充分分散。再将紫外刻蚀改性后的芳纶纤维放入已经分散好的kh570乙醇溶液中。用保鲜膜将烧杯口封严，反应时间1-8小时、温度20-80℃。待反应完成后，取出纤维，放入烘箱中烘干。制备得到改性完成的芳纶纤维。
将芳纶纤维添加入炭黑/天然橡胶混炼胶中制备得到芳纶纤维/炭黑/天然橡胶复合材料。
与现有技术相比，本发明是以紫外光为辐照源在空气中对芳纶进行辐照改性，并且二次接枝硅烷偶联剂kh570。紫外改性对芳纶纤维表面进行了刻蚀，使芳纶纤维表面的粗糙度增加，从而增加纤维的表面积，使芳纶纤维和天然橡胶的机械咬合增强，增加两者间的界面粘合强度。辐照改性还能激发芳纶纤维表面官能团活性，这些活性官能团可以与硅烷偶联剂kh570反应，而kh570另一端含有双键，还可以参与天然橡胶硫化反应，从而增加界面粘合性。本发明具有安全、高效率、污染小、低能耗、设备简单适合工业化生产等优点，在芳纶纤维改性中有较好的发展前景。本发明的制备方法工艺简单、易操作，非常适宜工业化生产。
附图说明
图1为实施例1-3所得三种芳纶纤维的表面电镜图：
(a)未改性芳纶纤维；(b)uv辐照改性芳纶纤维；(c)二次接枝改性芳纶纤维。
具体实施方式
本发明的实施例1：芳纶纤维的表面改性方法，将芳纶纤维束放置在烧杯中用丙酮浸泡，放于超声波清洗器中清洗4h，除去其表面附着的杂质，再在80℃下烘干，然后将芳纶纤维剪成6mm长的短纤维，密封备用。
将3phr芳纶纤维添加入150phr炭黑/天然橡胶混炼胶中制备得到芳纶纤维/炭黑/天然橡胶复合材料。
本发明的实施例2：芳纶纤维的表面改性方法，将芳纶纤维束放置在烧杯中用丙酮浸泡，放于超声波清洗器中清洗4h，除去其表面附着的杂质，再在80℃下烘干。
将干燥后的芳纶纤维平铺为一层，采用紫外光波长为264nm，功率为1000w的紫外灯，在距离芳纶30cm处进行辐照，在常温常压条件下，辐射时间为8分钟，然后将芳纶纤维剪成6mm长的短纤维，密封备用。
将3phr紫外刻蚀后的芳纶纤维添加入150phr炭黑/天然橡胶混炼胶中制备得到芳纶纤维/炭黑/天然橡胶复合材料。
本发明的实施例3：芳纶纤维的表面改性方法，将芳纶纤维束放置在烧杯中用丙酮浸泡，放于超声波清洗器中清洗4h，除去其表面附着的杂质，再在80℃下烘干。
将干燥后的芳纶纤维平铺为一层，采用紫外光波长为264nm，功率为1000w的紫外灯，在距离芳纶30cm处进行辐照，在常温常压条件下，辐射时间为8分钟，然后将芳纶纤维剪成6mm长的短纤维，密封备用。
在室温下配置6wt％的kh570乙醇溶液，用保鲜膜将烧杯口封严，放入超声波清洗器中震荡5-20min，使其充分分散。再将紫外刻蚀改性后的芳纶纤维放入已经分散好的kh570乙醇溶液中。用保鲜膜将烧杯口封严，反应时间6小时、温度40℃。待反应完成后，取出纤维，放入烘箱中烘干。制备得到改性完成的芳纶纤维。
将3phr改性后的芳纶纤维添加入150phr炭黑/天然橡胶混炼胶中制备得到芳纶纤维/炭黑/天然橡胶复合材料。
通过对实例1～实例3所得到的三种芳纶纤维进行表面形貌检测，结果见图1。
由图1可知，未改性的芳纶纤维其表面十分光滑，而经过uv辐照改性后，芳纶纤维的表面变得粗糙，出现明显沟壑。二次改性后的芳纶纤维表面覆盖一层较薄的kh570接枝层，使得在其表面引入kh570对表面粗糙度几乎无影响，二次改性后的芳纶纤维在增强与天然橡胶基体间机械互锁作用的同时其表面引入的双键等官能团能够参与天然橡胶的硫化反应。
通过对实例1～实例3所得到的三种复合材料进行力学性能检测，结果见表1。
表1实施例1-3所得三种复合材料的力学性能对比
根据表1的实验结果可知，本发明制备得到的样品2、样品3的力学性能好于样品1的力学性能，且样品3的力学性能最优。本发明具有安全、高效率、污染小、低能耗、设备简单适合工业化生产的优点，且制备的芳纶纤维增强橡胶复合材料力学性能有明显优势。