2-纖維材料的改性方法

第一節(jié)化學(xué)改性方法第二節(jié)物理改性方法第三節(jié)生物改性方法1第二章纖維材料的改性方法2第一節(jié)化學(xué)改性方法聚合物的化學(xué)改性是通過聚合物的化學(xué)反應(yīng)，改變大分子鏈上的原子或原于團(tuán)的種類及其結(jié)合方式的一類改性方法。經(jīng)化學(xué)改性，改變了已有成纖高聚物大分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)，從而改善了纖維的性能或賦予其新的性能，如染色性、吸濕性、抗靜電性、防污性、高收縮性、阻燃性等，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。化學(xué)改性的效果具有耐久性，但成纖高聚物化學(xué)結(jié)構(gòu)的改變，在一定程度上也會(huì)引起聚合物高次結(jié)構(gòu)的某些變化，從而引發(fā)纖維一系列性能的變化?；瘜W(xué)改性方法有接枝共聚、嵌段共聚、無規(guī)共聚、交聯(lián)、大分子鏈側(cè)基官能團(tuán)反應(yīng)、表面化學(xué)改性等。一、接枝和嵌段共聚改性34接枝和嵌段共聚物都是多組分聚合物，并可能是多相。通過接枝和嵌段共聚，可以將親水的和親油的、酸性的和堿性的、塑性的、高彈性的以及互不相容的兩種鏈段鍵接在一起，賦予其特殊的性能。因此，聚合物的接枝和嵌段改性，已成為擴(kuò)大聚合物應(yīng)用領(lǐng)域、改善聚合物材料性能的—種簡(jiǎn)單而又行之有效的方法。從組成考慮，接枝和嵌段聚合物都可稱作共聚物．但其合成機(jī)理與常規(guī)的無規(guī)、交替共聚有所不同。自由基聚合、離子聚合、逐步聚合等多種聚合機(jī)理幾乎都可以產(chǎn)生活性中心?；钚灾行脑谥麈溕希瑢⑦M(jìn)行接枝；活性中心處于末端，則形成嵌段共聚物。

接枝共聚改性定義：接枝共聚是指在大分子鏈上通過化學(xué)鍵結(jié)合適當(dāng)支鏈或功能性側(cè)基的反應(yīng)，所形成的產(chǎn)物稱作接枝共聚物。性能決定于：主鏈；支鏈（組成、結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)度以及支鏈數(shù)）長(zhǎng)支鏈的接枝物類似共混物；支鏈短而多的接枝物則類似無規(guī)共聚物。實(shí)例：酸性和堿性的共聚物；親水和親油共聚物；兩種互不相溶的共聚物。一.接枝共聚原理形成活性接枝點(diǎn)產(chǎn)生接枝點(diǎn)接枝共聚物接枝共聚活性種提供：引發(fā)劑催化劑由引發(fā)劑化學(xué)分解、光、高能輻射等均能產(chǎn)生自由基活性種；陰離子型催化劑、陽離子型催化劑、配位催化劑等能產(chǎn)生離子活性種?；钚渣c(diǎn)處于鏈的末端，聚合后將形成嵌段共聚物；活性點(diǎn)處于鏈的中間，聚合后才形成接枝共聚物。枝共聚反應(yīng)中接枝點(diǎn)特征和主鏈結(jié)構(gòu)二.接枝共聚方法接枝方法主要分為：鏈轉(zhuǎn)移法、活性基團(tuán)引入法和功能基反應(yīng)法。1.鏈轉(zhuǎn)移法定義：利用反應(yīng)體系中的自由基奪取聚合物主鏈上的氫而鏈轉(zhuǎn)移，形成鏈自由基，進(jìn)而引發(fā)單體進(jìn)行聚合，產(chǎn)生接枝。在鏈轉(zhuǎn)移接枝中，影響接枝效率的因素：引發(fā)劑、聚合物主鏈結(jié)構(gòu)、單體種類、反應(yīng)配比及反應(yīng)條件等。接枝效率=接枝在聚合物上的單體質(zhì)量+接枝單體均聚物質(zhì)量接枝在聚合物上的單體質(zhì)量×100%在接枝共聚過程中，通常有三種聚合物混合：接枝的原聚合物、已接枝的聚合物及單體的自聚或混合單體的共聚物。如聚合物主鏈上同時(shí)有幾種可以奪取的氫，則接枝點(diǎn)往往是在酯基的甲基上。一般認(rèn)為，過氧化物苯甲酰（BPO）的引發(fā)效率比偶氮二異丁氰（AIBN）好，原因是自由基的活潑性。通過化學(xué)引發(fā)劑BPO引發(fā)接枝4-乙烯基吡啶，對(duì)聚丙烯纖維進(jìn)行表面改性。BPO分解為初級(jí)自由基(C6H5COO·)或次級(jí)自由基(C6H5·)，這些自由基可直接從聚丙烯主鏈奪取氫原于而產(chǎn)生能夠進(jìn)行接枝的大分子鏈自由基，進(jìn)而引發(fā)單體進(jìn)行聚合，產(chǎn)生接技：接枝共聚改性法可將含有離子交換基團(tuán)的單體直接共聚。由這種方法生產(chǎn)的離子交換纖維，其分子鏈上功能基團(tuán)分布均勻且含量很高。例如，聚乙烯醇(PVA)、聚烯烴、聚丙烯腈(PAN)等纖維為基體，接枝苯乙烯再磺化成強(qiáng)效離子交換纖維。聚丙烯與聚苯乙烯接技共聚，再磺化能使纖維具有苯磺酸基團(tuán)一陽離子交換基團(tuán)。目前，主要的研究方向是通過接枝的方法使纖維獲得所得的功能基團(tuán)。如將聚烯烴纖維在BPO引發(fā)下與苯乙烯接枝共聚，然后通過化學(xué)反應(yīng)引入所得的官能團(tuán)，制備了強(qiáng)酸性、強(qiáng)堿性和弱堿性離子交換纖維。2.活性基團(tuán)引入法原理：首先在聚合物的主干上導(dǎo)入易分解的活性基團(tuán)，然后在光、熱作用下分解成自由基與單體進(jìn)行接枝共聚。甲基丙烯酸甲酯接枝物叔碳上的氫很容易氧化，生成氫過氧化基團(tuán)，進(jìn)而分解為自由基，由此可利用聚對(duì)異丙基苯乙烯支取甲基丙烯酸甲酯接枝物。注意的問題：若產(chǎn)生HO·和RO·類的自由基時(shí)，會(huì)引發(fā)單體自聚。為了提高接枝效率，需要除去這類自由基，除去方法為應(yīng)用氧化還原體系。提高接枝效率方法：降低反應(yīng)溫度；提高單體和聚合物的濃度；減少主鏈上的空間位阻。離子型聚合物也可用此法生產(chǎn)接枝點(diǎn)制備接枝共聚物某些聚合物不必預(yù)先引入易產(chǎn)生自由基的活性基團(tuán)，直接利用輻射能也能在聚合物的特定部位產(chǎn)生自由基型的接枝點(diǎn)與單體進(jìn)行共聚。側(cè)連含有那些容易受輻射照激發(fā)產(chǎn)生自由基的結(jié)構(gòu)，如：3.功能基反應(yīng)法含有側(cè)基功能基的聚合物，可加入端基聚合物與之反應(yīng)形成接枝共聚物優(yōu)點(diǎn)：接枝效率高，接枝的聚合度則由端基聚合物的聚合度決定，所以這種接枝方法可用于高分子材料的分子設(shè)計(jì)和合成。4.其它方法-大單體技術(shù)合成接枝共聚物近40年的研究表明，人們可以合成設(shè)計(jì)的接枝共聚物，即采用大分子單體與小分子單體共聚合成規(guī)整接枝共聚物，也就是大單體合成接枝共聚物的技術(shù)，這使其不僅在化學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，在醫(yī)學(xué)、工程材料等領(lǐng)域也有獨(dú)特的應(yīng)用。（1）大單體的制備方法：定義：大分子單體指分子鏈末端具有可聚合官能團(tuán)的線型聚合物，相對(duì)分子質(zhì)量為1000-20000，末端可聚合官能團(tuán)一般是不飽和的雙鍵，也可以是環(huán)氧基或能再聚合的其它雜環(huán)。合成大單體的關(guān)鍵：是在線型聚合物末端引入可進(jìn)一步聚合的官能團(tuán)。合成大單體的主要方法有陰離子聚合、陽離子聚合、自由基聚合等方法。優(yōu)點(diǎn)：●更簡(jiǎn)單、更廣泛的合成接枝共聚物；●能合成數(shù)量繁多的接枝共聚物；●大單體技術(shù)還可將兩種性能差異較大的聚合物（如親水和親油）以化學(xué)鍵結(jié)合。（2）大單體與小單體合成接枝共聚物技術(shù)：主鏈由小單體聚合而成；支鏈為相對(duì)分子質(zhì)量分布均勻的大單體。聚合物作為還原劑或者氧化劑與小分子的氧化劑或還原劑反應(yīng)，結(jié)果可生成聚合物大分子自由基，引發(fā)單體進(jìn)行接技反應(yīng)。例如，以聚乙烯醇為主鏈、聚丙烯腈為接枝鏈的接校共聚物，即P(VA-g-AN)的合成，聚乙烯醇主鏈作為還原劑，四價(jià)鈰離子(Ce4+)作為氧化劑發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成聚乙烯醇大分子自由基：用淀粉、纖維素等代替聚乙烯醇也能進(jìn)行氧化—還原接枝反應(yīng)。例如淀粉在Ce4+作用下與丙烯腈、丙烯酸或丙烯酰胺的接枝，現(xiàn)有許多文獻(xiàn)報(bào)道。25直接利用輻射能(紫外光、γ射錢或X射線)和低溫等離子體，也能在聚合物的特定部位產(chǎn)生自由基型的接枝點(diǎn)與單體進(jìn)行共聚。如PVA在受到γ射線幅照時(shí)發(fā)生主鏈上α氫脫離而形成活性中心，進(jìn)而引發(fā)接枝共聚。在適當(dāng)條件下聚酯纖維大分子上的亞甲基容易被氧化，氧化后可與乙烯基單體進(jìn)行接枝共聚反應(yīng)。接枝反應(yīng)時(shí)，既可采用化學(xué)反應(yīng)法，也可采用放射線輻照法。前者需要引發(fā)劑或溶脹劑等，多為液相反應(yīng)。如果在接枝反應(yīng)中混合并用幾種單體，由于相互誘導(dǎo)作用，一般會(huì)取得更好的接枝效果。26聚烯烴纖維通過接枝反應(yīng)，在非極性聚合物分子鏈上接枝極性官能團(tuán)，改進(jìn)其親水性、粘接性、涂飾性、油墨印刷性。按枝反應(yīng)一般采用自由基接枝，主要的接枝單體有馬來酸酐及其酯、丙烯酸及其酯、甲基丙烯酸及其酯、丙烯腈、丙烯酰胺等。聚酰胺纖維接枝丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯腈，除了一般的引發(fā)劑，還可用鈰離子引發(fā)在聚酰胺6纖維上接枝，用二甲基苯胺和銅離子引發(fā)在聚酰胺66纖維上接枝(二甲苯胺可自身氧化產(chǎn)生自由基，而銅離子則起加速作用)，用高錳酸鉀/硫酸體系引發(fā)在聚酰胺66纖維上接枝。除了化學(xué)引發(fā)，還可借助光引發(fā)和輻射接技。經(jīng)接枝改性后，纖維的超分子結(jié)構(gòu)受到某種程度的破壞．強(qiáng)度有所降低，伸長(zhǎng)率增加，手感變差，但通常對(duì)纖維制品的服用性能影響不大。嵌段共聚改性一.基本原理定義：嵌段共聚物分子鏈具有線型結(jié)構(gòu)，是由至少兩種以上不同單體聚合而成的長(zhǎng)鏈段組成。嵌段共聚可以看成是接枝共聚的特例，其接枝點(diǎn)位于聚合物主鏈的兩端。嵌段共聚物可分為三種鏈段序列基本結(jié)構(gòu)形式：嵌段共聚類型種類舉例乙烯嵌段共聚物苯乙烯-丁二烯，苯乙烯-異戊二烯丙烯酸類和聚乙烯吡啶乙烯-丙烯嵌段共聚物碳?xì)滏湺喂簿畚锉揭蚁?二烯類，二烯-二烯類聚丙烯酸類和聚乙烯吡丙烯酸類，乙烯吡啶啶嵌段共聚物表常見嵌段共聚物續(xù)表2-2常見嵌段共聚物嵌段共聚類型種類舉例醚-醚醚-烯烴醚-酯碳酸酯類碳酸酯-碳酸酯酰胺類酰胺-酰胺，酰胺-醚亞胺酯聚氨酯纖維聚硅氧烷交聯(lián)環(huán)氧樹脂二.嵌段共聚物制備方法1.活性聚合反應(yīng)法常用方法：在活性陰離子聚合體系依次加入不同單體合成。SBS的夾層三嵌段共聚物制備原理：烯類單體A進(jìn)行陰離子聚合，直到A全部反應(yīng)完畢，向體系中加入單體B，聚合物鏈A陰離子引發(fā)B單體聚合，然后終止，生成了AB兩嵌段共聚物，終止前若再向體系加入單體C，可繼續(xù)引發(fā)聚合，生成三嵌段共聚物等。陽離子聚合缺點(diǎn)：伴有鏈轉(zhuǎn)移，鏈終止等反應(yīng)，較難進(jìn)行活性聚合。在較特殊條件下，雖然也曾合成得到少數(shù)嵌段共聚物，但尚無工業(yè)應(yīng)用。2.其它合成方法在機(jī)械力的作用下，當(dāng)剪切力大到一定的程度，可使主鏈斷裂，形成端基自由基，通過化學(xué)反應(yīng)能產(chǎn)生嵌段共聚物。（1）力化學(xué)法（2）偶聯(lián)法例子：兩個(gè)活性AB-鏈用1，6-二溴己烷偶聯(lián)端基預(yù)聚物兩端都帶有官能團(tuán)，兩種組成不同的預(yù)聚物各自的端基官能團(tuán)不同，但能相互反應(yīng)。（3）鏈交換反應(yīng)法兩種聚合物融合熔融后，能產(chǎn)生鏈交換反應(yīng)，生成部分嵌段共聚物，例子：聚酯和聚酰胺共熱（4）端基聚合物反應(yīng)法有些共聚改性是通過預(yù)聚合反應(yīng)和鏈增長(zhǎng)反應(yīng)兩個(gè)階段制備嵌段共聚物，例如，將預(yù)先合成的聚丙烯腈與含羧基、氨基等的乙烯基單體反應(yīng)，得到AB型嵌段共聚物，該共聚物可制得具有高選擇分離性和高水通量的真空纖維膜。利用己內(nèi)酰胺開環(huán)后所生成的氨基己酸與聚乙二醇的羥基進(jìn)行酯化反應(yīng)，制備PA6-PEG嵌段共聚物。37二、共聚改性

化學(xué)共聚改性中通過在聚合物主鏈上引入第三、第四組分，從而部分或全部破壞聚合物的結(jié)晶性能，改變大分子鏈的剛性，提高分子鏈間的相互作用力，或是在大分于結(jié)構(gòu)中引入一定的極性基團(tuán)，改善聚合物對(duì)染料的親和力。由于這種改性是在大分子結(jié)構(gòu)中進(jìn)行的，因此相對(duì)于其他的纖維改性而言其效果具有明顯的持久性。3839共聚法可用于制備功能化纖維，如阻燃纖維、抗靜電纖維、抗起球纖維等。共聚阻燃改性是在聚酯的合成階段將阻燃單體與聚酯組分進(jìn)行縮聚以制備阻燃共聚酯的化學(xué)改性方法。由于阻燃單體固定在聚酯大分子鏈上，在使用過程中不會(huì)發(fā)生溶解或滲析現(xiàn)象，因而這種改性方式具有相對(duì)的持久性，毒性較低。阻燃單體：丙烯酸五溴芐酯40用PEG作為抗靜電劑，PEG-PET作為相容劑，進(jìn)行PET、PEG、PEG-PET三元共混紡絲，可以減少PEG的用量，獲得持久的抗靜電效果。也可在PEG-PET共聚體中再加入第三共聚體——聚氧化乙烯醚（PON），形成嵌段共聚(酯一醚)型抗靜電劑，再與PET共混紡絲，制得具有抗靜電性能的改性滌綸。共聚合法制備抗起球纖維是通過與第三、第四組分共縮聚并引入抗起球劑來制備抗起球聚酯的一種方法。共聚合的主要目的是在纖維中引入適當(dāng)比例的弱鍵，然后在整理及加工過程中令這些弱鍵分解，使纖維強(qiáng)度降低，從而達(dá)到抗起球的目的。其中的第三、第四組分包括SIPM（間苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鈉）、聚醚、含硅氧結(jié)構(gòu)化合物等。41腈綸本身即為一種二元或三元的改性共聚物，通過共聚改善了其彈性、可紡性和染色性等。通過與適當(dāng)?shù)膯误w共聚，其他的一些重要性能，如吸濕性、抗靜電性、阻燃性等也都可以得到改善。42已有的商品化芳香族聚酰胺如Kevlar只溶于濃硫酸，不溶于其他溶劑，因此其加工成型困難。高性能芳香族聚酰胺的共聚改性大都以聚對(duì)苯二甲酸對(duì)苯二胺(PPTA)為基礎(chǔ)。在PPTA共縮聚改性中，其性能的改變與加入的第三、第四單體的結(jié)構(gòu)有關(guān)。43共聚改性的優(yōu)點(diǎn)是改變了大分子的結(jié)構(gòu)，從根本上改變了大分子的性質(zhì)，因而纖維的性能改變是永久性的；缺點(diǎn)是改性劑的量很難控制，過多或過少都會(huì)使纖維喪失原有的一些優(yōu)良性能，并造成紡絲困難。44化學(xué)反應(yīng)改性是利用聚合物大分子上的反應(yīng)性基團(tuán)按分子設(shè)計(jì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，從而改合物的性能或提供特殊功能。聚丙烯腈（PAN）大分子的側(cè)基是氰基(-CN)，其極性強(qiáng)，較活潑，可進(jìn)行各種化學(xué)反應(yīng)。PAN纖維在受熱時(shí)(<400℃)，相鄰氰基間發(fā)生縮合反應(yīng)，脫氫形成由萘啶環(huán)構(gòu)成的梯形大分子。此時(shí)PAN纖維具有優(yōu)良的阻燃性和耐熱性，稱為預(yù)氧化纖維。經(jīng)進(jìn)一步熱處理(400-1000℃)，脫去雜原子，形成碳纖維。氰基部分水解成羧基，可制得抗靜電腈綸；再經(jīng)過交聯(lián)反應(yīng)，可制得高吸水材料；將氰基水解為羧基和酰胺基，可制得離子交換腈綸。三、化學(xué)反應(yīng)改性45三、化學(xué)反應(yīng)改性46四、交聯(lián)改性纖維交聯(lián)的目的主要是為了改善纖維的水溶性和力學(xué)性能。利用酸酐及醛與殼聚糖纖維表面的-NH2反應(yīng)可對(duì)殼聚糖纖維交聯(lián)，酸酐交聯(lián)的殼聚糖纖維不溶于水且強(qiáng)度也可提高，而醛交聯(lián)的纖維在提高纖維強(qiáng)度的同時(shí)，往往易使纖維變脆。丁烷四羧酸對(duì)粘膠纖維的交聯(lián)改性：47五、表面化學(xué)處理改性聚合物材料表面惰性、憎水性，界面劣化表面處理改性是通過化學(xué)和物理方法，改變已有成纖高聚物大分子的表面化學(xué)結(jié)構(gòu)及粗糙程度，以達(dá)到改善纖維的表面性能的目的。對(duì)纖維表面涂層、氧化、刻蝕、減量處理等可改變纖維的許多性能，如強(qiáng)力、伸長(zhǎng)、磨擦、比表面積、吸濕、吸色等。（一）表面氧化處理目的：改變聚合物的表面粗糙度及表面極性基團(tuán)的含量48氧化處理氣相氧化法液相氧化法催化氧化法49碳纖維表面有很多孔隙、凹槽、雜質(zhì)及結(jié)晶等，主要由碳和少量的氮、氧、氫等元素組成。

（PAN碳纖維中的碳含量約95%，石墨纖維碳含量達(dá)99%以上）

碳纖維表面只含碳、氫、氧元素，未經(jīng)表面處理的碳纖維表面約含有16.5%羥基、3.4%羰基，由于極性基團(tuán)的含量很少，不利于其與基體樹脂的粘結(jié)。碳纖維SEM形貌復(fù)合材料界面相氣相氧化法通過氧化纖維表面，從而引入極性基團(tuán)，并給予適宜的粗糙度，來提高復(fù)合材料界面的粘接強(qiáng)度和材料的力學(xué)性能。介質(zhì)：熱空氣或其中混合了一定量的空氣、O2、O3、CO2、CO、SO2、水蒸氣等氣體的混合氣體。處理溫度：一般400-600℃。反應(yīng)時(shí)間：根據(jù)碳纖維的種類和所需氧化程度而定。50石墨纖維的表面處理優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，反應(yīng)時(shí)間短，容易和CF生產(chǎn)線銜接起來，無污染，可連續(xù)處理。缺點(diǎn)：反應(yīng)較難控制，易使纖維縱深氧化，使CF拉伸強(qiáng)度損傷大。處理時(shí)應(yīng)避免過度氧化51液相氧化處理常用的處理方法之一，主要是去掉碳纖維表面的弱界面層WBL，引入各種極性官能團(tuán)而提高復(fù)合材料的界面粘接性能。最常用的氧化劑：硝酸

用硝酸氧化碳纖維,可使其表面產(chǎn)生羧基、羥基和酸性基團(tuán),氧化后的碳纖維表面所含的各種含氧極性基團(tuán)和溝壑明顯增多,利于提高纖維與基體材料之間的結(jié)合力。比氣相氧化溫和,一般對(duì)碳纖維不產(chǎn)生過度的凹坑和裂解,在一定條件下含氧基團(tuán)數(shù)量較氣相氧化多。5253高性能纖維聚對(duì)亞苯基苯并二噁唑(PBO)纖維具有超高的耐熱性能和超強(qiáng)的力學(xué)性能，用其制備的復(fù)合材料在航天、航空和國(guó)防等高新技術(shù)領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景。由于PBO纖維表面缺少強(qiáng)極性基團(tuán)，在復(fù)合材料中極易在復(fù)合界面形成弱點(diǎn)，從而限制了其應(yīng)用。強(qiáng)質(zhì)子酸如多聚磷酸、甲基磺酸等可使PBO分子鏈中的雜原子質(zhì)子化，降低分子間的相互吸引力，減少分子間的相互作用能，并通過化學(xué)氧化溶解刻蝕PBO纖維皮層，甚至使其暴露出內(nèi)部微纖結(jié)構(gòu)，增加了纖維表面的粗糙程度，達(dá)到改善纖維與樹脂間界面結(jié)合的目的。PBO：54（二）表面涂層處理氣相沉積法表面電聚合偶聯(lián)劑涂層聚合物涂層表面生成晶須法55氣相沉積法把碳纖維加熱到1200℃，用甲烷(乙炔、乙烷)一氮混合氣體處理，甲烷在碳纖維表面分解，形成無定形碳的涂層。處理后所得到的復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度可提高2倍。先用喹啉溶液處理碳纖維，經(jīng)干燥后在1600℃下裂解，所得到的復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度可提高2.7倍。還可以用羧基鐵、二茂鐵和酚醛等熱解后的沉積物來提高其界面性能。5657表面電聚合表面電聚合技術(shù)是近年來發(fā)展起來的碳纖維表面改性的一項(xiàng)新技術(shù)。在電場(chǎng)的引發(fā)作用下使物質(zhì)單體在碳纖維表面進(jìn)行聚合反應(yīng)，生成聚合物涂層，從而引入活性基團(tuán)，使纖維與基體的連接強(qiáng)度大幅提高。如在水相條件下，在碳纖維表面電化學(xué)聚合吡咯，聚合后纖維表面自由能可提高40%，從而使纖維對(duì)樹脂基體如環(huán)氧、聚酰胺的浸潤(rùn)性大大改善。58偶聯(lián)劑涂層

偶聯(lián)劑在化學(xué)結(jié)構(gòu)上具有雙宮能團(tuán)，一部分官能團(tuán)能與纖維表面反應(yīng)形成化學(xué)健，另一部分官能團(tuán)與樹脂反應(yīng)形成化學(xué)鍵。這樣偶聯(lián)劑就在樹脂與纖維表面起到一個(gè)化學(xué)煤介的作用，將二者牢固地連在—起。用偶聯(lián)劑處理的優(yōu)點(diǎn)在于不損傷纖維本身的力學(xué)性能且有較好的界面改性效果。偶聯(lián)劑類型有機(jī)硅烷類偶聯(lián)劑有機(jī)鉻絡(luò)合物偶聯(lián)劑鈦酸酯偶聯(lián)劑n=0~3(Volan沃蘭)59牌號(hào)化學(xué)名稱結(jié)構(gòu)式KH-550γ-胺基丙基三乙氧基硅烷KH-560γ-縮水甘油醚丙基三甲氧基硅烷常用表面處理偶聯(lián)劑60KH-570γ-甲基丙烯酸丙基三甲氧基硅烷KH-580γ-巰基丙基三乙氧基硅烷KH-590γ-巰基丙基三甲氧基硅烷61偶聯(lián)劑涂層PBO纖維偶聯(lián)劑處理前后的單絲拔出強(qiáng)度62聚合物涂層碳纖維經(jīng)表面處理后，再使其表面附著薄層聚合物的處理，即上漿處理。這層涂覆層既保護(hù)了碳纖維表面，同時(shí)又提高碳纖維對(duì)基體樹脂的浸潤(rùn)性。常用的聚合物有聚乙烯醇、聚醋酸乙烯、聚縮水甘油醚、酯環(huán)族環(huán)氧化合物等，這些聚合物都合有兩種基團(tuán)，能同時(shí)與碳纖維表面及樹脂結(jié)合。63表面生成晶須法在碳纖維表面，通過化學(xué)氣相沉積生成碳化硅、硼化金屬、TiO2、硼氫化合物等晶須，能明顯提高復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度，并且晶須質(zhì)量只占纖維的0.5%-4%，晶須含量在3%-4%時(shí)層間性能達(dá)到最好。第一節(jié)化學(xué)改性方法第二節(jié)物理改性方法第三節(jié)生物改性方法64第二章纖維材料的改性方法65等離子體改性高能射線改性電暈處理共混改性超聲波改性紫外線照射改性纖維成型及后加工方法超臨界二氧化碳技術(shù)66通過等離子體處理，可產(chǎn)生以下效果：

使碳纖維表面的溝槽加深，粗糙度增加

在纖維的表面產(chǎn)生了一些活性基團(tuán)如－COOH，－COO－，－OH，-C＝O等

等離子體改性等離子體（plasma）是一種由自由電子和帶電離子為主要成分的物質(zhì)形態(tài)，常被視為是物質(zhì)的第四態(tài)，被稱為等離子態(tài)，或者“超氣態(tài)”，也稱“電漿體”。改善纖維的浸潤(rùn)性、粘接性、親水性、染色性、物理或電性能，以及纖維表面的消毒和清潔等。67高能射線改性常用的高能射線主要是γ射線和高能電子束(β射線)。γ輻射增加了纖維表面的活性基團(tuán)，使纖維的表面粗糙度和濕潤(rùn)性有顯著提高，增加了表面自由能，且對(duì)纖維無損害，是一種可以用于工業(yè)生產(chǎn)的有效方法。采用60Co-γ射線共輻射技術(shù)改善碳纖維因表面光滑和化學(xué)惰性，克服其與樹脂基體浸潤(rùn)性差、復(fù)合材料界面容易形成應(yīng)力弱點(diǎn)的不足。68電暈處理電暈處理是利用靜電放電方式對(duì)聚合物材料表面進(jìn)行處理。電暈放電因簡(jiǎn)便易行、處理效果好，是一種最常用的表面處理方法。電暈放電產(chǎn)生的高能粒子與聚合物表面作用，使聚合物表面產(chǎn)生自由基和離子，在空氣中氧的作用下，聚合物表面可形成各種極性基團(tuán)，并使聚合物表面粗化，降低表面污染，因而改善了聚合物的粘接性和潤(rùn)濕性。經(jīng)電暈處理后，PBO纖維表面含氧量增多、表面潤(rùn)濕性得到改善，單絲拔出的PBO/環(huán)氧界面剪切強(qiáng)度（IFSS）提高了25.6％。69共混改性聚合物共混是指兩種或兩種以上聚合物材料、無機(jī)材料以及助劑在一定溫度下進(jìn)行機(jī)械摻雜，最終形成一種宏觀上均勻且力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)及其他性能得到改善的新材料的過程。聚合物共混物不但使各組分性能互補(bǔ)，還可根據(jù)實(shí)際需要對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，以期得到性能優(yōu)異的新材料。由于不需要新單體合成、無須新聚合工藝，聚合物共混物是實(shí)現(xiàn)高分子材料高性能化、精細(xì)化、功能化和發(fā)展新品種的重要途徑。701、與無機(jī)小分子共混最常用的是在基質(zhì)中添加無機(jī)陶瓷粉末，賦予纖維遠(yuǎn)紅外發(fā)射性能及抗菌性能。此類超細(xì)粉末在共混加工時(shí)的相容性、流變性能是研究的重點(diǎn)。2．與有機(jī)低分子共混有機(jī)低分子化合物來源廣泛，價(jià)格也較低廉，因而得以廣泛應(yīng)用。此類共混技術(shù)多應(yīng)用于化學(xué)纖維的抗靜電、抗菌、阻燃改性等領(lǐng)域。3．與有機(jī)高分子共混其應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，包括結(jié)晶有機(jī)高分子和非晶有機(jī)高分子。此領(lǐng)域研究的重點(diǎn)是添加劑和基質(zhì)的力學(xué)相容性，通常要添加第三組分充當(dāng)增容劑來改善共混物的可紡性。712×104-2×109Hz的聲波利用超聲波技術(shù)，通過增加纖維表面極性基團(tuán)的含量和纖維表面的粗糙度來提高界面性能，是一種對(duì)纖維無損害、能夠提高材料機(jī)械性能的有效方法。把動(dòng)物纖維浸在含活性無機(jī)粉末的水溶液中，然后用超聲波處理。水溶液中的無機(jī)粉末受到超聲波細(xì)密的振動(dòng)，使黏附在纖維上的雜質(zhì)和鱗片在無機(jī)粉末的振動(dòng)作用下而被除去，經(jīng)超聲波處理后，動(dòng)物纖維上的鱗片被除去，且纖維性能不受任何影內(nèi)，纖維手感變?nèi)彳?、無刺痛感，還極大地改善了動(dòng)物纖維的染色性能和防縮性能。超聲波改性72當(dāng)紫外線能量超過高分子化學(xué)結(jié)合能時(shí)，紫外線照射高分子纖維材料使分子鏈產(chǎn)生裂解，在有氧的大氣條件下，大氣中的氧分子變成臭氧、活性氧。高分子纖維材料被氧化，其表面生成羧基、醛基、羥基和羰基等。經(jīng)紫外線處理后的高分子纖維材料可引入豐富的極性基團(tuán)，如一OH、-NH2等，從而提高高分子纖維材料的親水性、吸濕性、抗靜電性；引入消臭、抗菌物質(zhì)