專利名稱：納米聚對苯二甲酸乙二酯纖維的表面處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種增強(qiáng)熱塑性管材(RTP)中所使用的增強(qiáng)骨架材料的加工方法，尤其涉及到對納米聚對苯二甲酸乙二酯纖維表面進(jìn)行改性處理的方法。

背景技術(shù)：
納米聚對苯二甲酸乙二酯纖維——簡稱納米PET纖維，主要采用高度分散的納米粉體在反應(yīng)釜中聚合聚對苯二甲酸乙二酯，得到了性能符合設(shè)計(jì)要求的納米復(fù)合材料。
納米PET纖維是一種新型的團(tuán)簇類纖維材料，具有許多特別優(yōu)秀的性能。納米PET纖維與碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯纖維(UHMWPE)等其它高科技纖維相比，具有力學(xué)性能好、耐高低溫性能好、性價(jià)比高、耐酸耐堿、抗紫外線性能好、耐環(huán)境性能好、絕緣性能好、吸濕性低等優(yōu)點(diǎn)。以納米PET纖維為增強(qiáng)體可制成各種性能優(yōu)異的復(fù)合材料，廣泛應(yīng)用于消防、環(huán)保、軍工、汽車船舶制造、工程塑料、建筑等軍工、民用領(lǐng)域。
增強(qiáng)熱塑性塑料管——簡稱RTP管，管材中使用傳統(tǒng)的鋼帶、鋼絲、玻璃纖維或者芳綸纖維等作為增強(qiáng)骨架材料，該種管材已經(jīng)發(fā)展來滿足諸如耐高壓、高抗腐蝕性流體的處理等非常特殊的要求，例如在壓力高達(dá)100bar下輸送原油和酸天然氣(sour gas)。
由于納米PET纖維表面的低反應(yīng)性，其同有機(jī)基體材料之間的復(fù)合性能很差，因而不能直接用作增強(qiáng)熱塑性塑料管材的增強(qiáng)材料，而必須對納米PET纖維表面進(jìn)行修飾處理，使納米PET纖維同管材的基體樹脂之間能很好的復(fù)合。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種工藝簡單、處理效果好、成本較低的納米聚對苯二甲酸乙二酯纖維的表面處理方法。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案是所述的納米聚對苯二甲酸乙二酯纖維的表面處理方法，其特點(diǎn)是使等離子體發(fā)生器中的放電電極產(chǎn)生等離子體，并讓納米聚對苯二甲酸乙二酯纖維從等離子體中通過，使等離子體直接作用于納米聚對苯二甲酸乙二酯纖維，從而使納米聚對苯二甲酸乙二酯纖維表面得到改性處理，再用樹脂對經(jīng)過等離子體改性處理過的納米聚對苯二甲酸乙二酯纖維進(jìn)行接枝和包覆。
上述的樹脂選自乙烯-醋酸乙烯酯(簡稱EVA)、聚乙烯醇縮丁醛(簡稱PVB)、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(簡稱ISI)、聚甲基丙烯酸甲酯(簡稱PMMA)、熱塑性聚氨酯樹脂(簡稱TPU)、聚酯彈性體(簡稱TPEE)、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、脲醛樹脂。
上述的等離子體發(fā)生器是射頻等離子體發(fā)生器，等離子體放電模式是常壓下大面積介質(zhì)阻擋放電。等離子體發(fā)生裝置的放電功率為50～1000W，優(yōu)選100～800W。
等離子體作用于納米聚對苯二甲酸乙二酯纖維表面的處理時間為3～60秒，優(yōu)選5～20秒。
本發(fā)明所述方法的技術(shù)原理是等離子體被認(rèn)為是除了固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)以外的物質(zhì)第四態(tài)。低溫等離子體中粒子的能量一般約為幾個至十幾電子伏特，大于材料的結(jié)合鍵能，完全可以破壞材料的化學(xué)鍵而形成新鍵，其能量遠(yuǎn)低于高能放射性射線，只涉及材料表面，不影響材料的本體性能。處于非熱力學(xué)平衡狀態(tài)下的低溫等離子體中，電子具有較高的能量，可以斷裂材料表面分子的化學(xué)鍵，提高粒子的化學(xué)反應(yīng)活性，利用等離子體對材料表面進(jìn)行處理可引起材料表面的物理和化學(xué)改性。等離子體表面處理工藝具有刻蝕、活化、交聯(lián)等作用。通過等離子體表面處理，材料表面發(fā)生多種物理、化學(xué)變化，或產(chǎn)生刻蝕而粗糙，或形成致密的交聯(lián)層，或引入含氧極性基團(tuán)，使親水性、粘結(jié)性、可染色性、生物相容性及電性能等分別得到改善，使材料表面由非極性、難粘性轉(zhuǎn)為有一定極性、易粘結(jié)和親水性，有利于粘結(jié)、涂敷和印刷。
本發(fā)明在大氣壓環(huán)境下，通過介質(zhì)阻擋放電等離子體發(fā)生裝置形成高能量的冷等離子體，對納米PET纖維進(jìn)行表面處理，發(fā)生如下的物理化學(xué)變化(1)納米PET纖維表面的部分化學(xué)鍵斷開，形成化學(xué)活性高的自由基；(2)以等離子體狀態(tài)存在的氧原子和離子等自由基，迅速與納米PET纖維表面的自由基結(jié)合，形成新的化學(xué)鍵；(3)納米PET纖維表面受到轟擊和刻蝕，微觀結(jié)構(gòu)由光滑變粗糙，表面潤濕性得到了改善，有利于樹脂的滲透。這些變化可以提高納米PET纖維增強(qiáng)帶與RTP管材基體樹脂之間的界面膠合性能。并且達(dá)到一系列很高的技術(shù)指標(biāo)，如纖維斷裂強(qiáng)度(cN/dtex)≥6.0，納米PET纖維表面的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蝕和化學(xué)鍵重組；經(jīng)過納米PET纖維及增強(qiáng)帶表面對蒸餾水的潤濕性測試，未處理的納米PET纖維外表面的潤濕角分別為95-110°和100-115°，而經(jīng)過等離子體處理后，潤濕角都降低到30-60°，表明納米PET纖維及增強(qiáng)帶對極性液體的潤濕性得到顯著提高，樹脂溶液能夠有效滲透納米PET纖維及由其制成的增強(qiáng)帶。
由于等離子體處理后的材料表面的活性存在實(shí)效性，為了解決此問題，我們將等離子體處理后的納米PET纖維立即進(jìn)行樹脂接枝和包覆，包覆后的納米PET纖維同樹脂之間的相容性很好，集束性很好，整體拉伸強(qiáng)度提高了。這樣保持了等離子體處理的活性，可以提高處理后的納米PET纖維及增強(qiáng)帶同RTP管材的基體樹脂之間的界面膠合強(qiáng)度。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單、操作方便、加工速度快、處理效果好、成本低、不易引起環(huán)境污染。將處理過后的納米PET纖維作為增強(qiáng)RTP管材的骨架材料，纖維同RTP管材的基體樹脂之間復(fù)合非常好。用納米PET纖維制成的增強(qiáng)帶可以替代傳統(tǒng)的芳綸增強(qiáng)帶，其成本只有芳綸增強(qiáng)帶的六分之一，大大降低了RTP管材的制造成本，擴(kuò)展了RTP管材的應(yīng)用領(lǐng)域；利用納米PET纖維作為增強(qiáng)材料的RTP管材質(zhì)量輕、柔韌性好、耐高壓、耐化學(xué)腐蝕，可用于石油、天然氣開采中油氣和水的高壓輸送、海上油井管材、水中鋪設(shè)的管道、非開挖鋪設(shè)和修復(fù)、化工用管材等方面。



圖1是本發(fā)明所述納米聚對苯二甲酸乙二酯纖維的表面處理方法的工藝流程圖。

具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明所述的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。
實(shí)施例1用作RTP管材增強(qiáng)材料的納米聚對苯二甲酸乙二酯纖維絲束的制備 參見圖1所示，將待處理的納米聚對苯二甲酸乙二酯纖維1沿軸向穿過射頻等離子體發(fā)生器2中的一對放電電極3之間，使射頻等離子體發(fā)生器2正常工作，調(diào)節(jié)等離子體放電功率為500W，調(diào)節(jié)兩個放電電極3之間的距離為5毫米，使其在常壓下通過介質(zhì)阻擋放電方式產(chǎn)生高能量的、均勻的等離子體。在射頻等離子體發(fā)生器2的后面設(shè)置有一個盛裝樹脂溶液的樣品池4，所述的樹脂選自乙烯-醋酸乙烯酯、聚乙烯醇縮丁醛、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、熱塑性聚氨酯樹脂、聚酯彈性體、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、脲醛樹脂等，并且將選用的樹脂用汽油、無水乙醇或丙酮等溶解配制成2～15％濃度的溶液。經(jīng)過等離子體處理后的納米聚對苯二甲酸乙二酯纖維1在絲束收卷機(jī)8的作用下，穿過盛裝有樹脂溶液的樣品池4、并浸透樹脂溶液，利用樹脂對納米聚對苯二甲酸乙二酯纖維絲進(jìn)行接枝和包覆，然后出樣品池4，經(jīng)熱風(fēng)干燥裝置5干燥后，絲束進(jìn)入合股加捻機(jī)6合股，再進(jìn)入絲束涂覆機(jī)7對合股絲進(jìn)行涂覆處理，最后被絲束收卷機(jī)8收卷；調(diào)節(jié)收卷機(jī)8的收卷速度，使納米聚對苯二甲酸乙二酯纖維的走線速度為5-30米/分鐘，以保證納米聚對苯二甲酸乙二酯纖維被等離子體處理的時間在2-8秒鐘左右。
實(shí)施例2用作RTP管材增強(qiáng)材料的納米聚對苯二甲酸乙二酯纖維增強(qiáng)帶的制備 參見圖1所示，本實(shí)施例中，制作增強(qiáng)帶的前道工序與制作纖維束的前道工序相同，其不同點(diǎn)在于纖維束經(jīng)合股加捻機(jī)6合股、并經(jīng)絲束涂覆機(jī)7涂覆處理后，另外再進(jìn)入寬帶涂覆機(jī)9，按設(shè)計(jì)所需的帶寬和絲束間隙進(jìn)行涂覆處理，涂覆過程中進(jìn)行適度牽伸，最后由寬帶收卷機(jī)10將制成的增強(qiáng)帶收卷。
權(quán)利要求
1、納米聚對苯二甲酸乙二酯纖維的表面處理方法，其特征在于使等離子體發(fā)生器中的放電電極產(chǎn)生等離子體，并讓納米聚對苯二甲酸乙二酯纖維從等離子體中通過，使等離子體直接作用于納米聚對苯二甲酸乙二酯纖維，從而使納米聚對苯二甲酸乙二酯纖維表面得到改性處理，再用樹脂對經(jīng)過等離子體改性處理過的納米聚對苯二甲酸乙二酯纖維進(jìn)行接枝和包覆。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面處理方法，其特征在于所述的樹脂選自乙烯-醋酸乙烯酯、聚乙烯醇縮丁醛、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、熱塑性聚氨酯樹脂、聚酯彈性體、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、脲醛樹脂。
3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的表面處理方法，其特征在于所述的等離子體發(fā)生器是射頻等離子體發(fā)生器，等離子體放電模式是常壓下大面積介質(zhì)阻擋放電。
4、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的表面處理方法，其特征在于所述的等離子體發(fā)生裝置的放電功率為50～1000W，
5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的表面處理方法，其特征在于所述的等離子體發(fā)生裝置的放電功率為100～800W。
6、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的表面處理方法，其特征在于等離子體作用于納米聚對苯二甲酸乙二酯纖維表面的處理時間為3～60秒。
7、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的表面處理方法，其特征在于等離子體作用于納米聚對苯二甲酸乙二酯纖維表面的處理時間為5～20秒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種工藝簡單、處理效果好、成本較低的納米聚對苯二甲酸乙二酯纖維的表面處理方法，其特點(diǎn)是使等離子體發(fā)生裝置中的放電電極產(chǎn)生等離子體，并讓納米聚對苯二甲酸乙二酯纖維從等離子體中通過，從而使納米聚對苯二甲酸乙二酯纖維表面得到改性處理，再用樹脂對經(jīng)等離子體改性處理過的納米聚對苯二甲酸乙二酯纖維進(jìn)行接枝和包覆。經(jīng)過本發(fā)明所述方法處理過的納米聚對苯二甲酸乙二酯纖維同有機(jī)基體材料之間的復(fù)合性能得到了大大提高，并且用樹脂對經(jīng)等離子體改性處理過的納米聚對苯二甲酸乙二酯纖維進(jìn)行接枝和包覆后可以大大延長納米聚對苯二甲酸乙二酯纖維在大氣中保持活性的時間。
文檔編號D06M15/333GK101333768SQ20081002111
公開日2008年12月31日 申請日期2008年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月25日
發(fā)明者王德禧, 黃學(xué)祥, 嚴(yán)為群, 姚仲梁, 巍 謝, 周亞俊 申請人:張家港中聯(lián)科技有限公司