响应面法优化芳纶纤维表面原位合成纳米SiO2粒径工艺的研究

胡文静， 陆赵情， 谢 璠

(陕西科技大学 轻工科学与工程学院 陕西省造纸技术及特种纸品开发重点实验室 轻化工程国家实验教学示范中心， 陕西 西安 710021)

响应面法优化芳纶纤维表面原位合成纳米SiO2粒径工艺的研究

胡文静， 陆赵情， 谢 璠

(陕西科技大学 轻工科学与工程学院 陕西省造纸技术及特种纸品开发重点实验室 轻化工程国家实验教学示范中心， 陕西 西安 710021)

采用响应面法中的Box-Behnken中心组合设计(BBD)，研究了对位芳纶短切纤维表面原位生长纳米SiO2粒径尺寸的最佳工艺条件，并考察了无水乙醇(以g表示)、纯水、氨水、TEOS四个因素对生长的纳米SiO2粒径尺寸的影响，建立了相关的数学回归模型.实验结果表明：各因素对纳米SiO2粒径影响的显著性顺序为纯水(B)>乙醇(A)>氨水(C)>TEOS(D)；优化后的最佳工艺参数为：乙醇276.42 g，纯水43.2 g，氨水18.75 g，TEOS为62.5 g，得到纳米SiO2粒径尺寸为294.8 nm，此时纤维表面的纳米SiO2生长良好，致密均一，与模型的预测值基本相符.

对位芳纶短切纤维； 原位生长； 纳米SiO2； 响应面法； 纳米粒径

Abstract:The nanosize of nano-SiO2in-situ synthesized onto para-aramid chopped fibers based on response surface methodology (RSM) was investigated.The technological parameters such as the consumption of absolute ethanol,purified water,ammonia and tetraethyl orthosilicate (TEOS) were optimized and related model was established.The results showed the significant order for the effect of parameters on the nanosize of nano-SiO2was: purified water > ethanol > ammonia > TEOS; The optimum ingredient ratio were as follows:the absolute ethanol,purified water,ammonia and TEOS were 276.42 g,43.2 g,18.75 g and 62.5 g respectively.The nanosize of nano-SiO2under optimized condition was 294.8 nm and the growth of nano-SiO2was stable and dense,which was well agreed with the predicted value.

Keywords:para-aramid chopped fibers; in-situ synthesis; nano-SiO2; response surface methodology; nanosize

0 引言

芳纶纤维是芳香族聚酰胺纤维的通称，对位芳纶纤维即聚对苯二甲酰对苯二胺，对位芳纶纤维因芳香族聚酰胺纤维分子结构本身具有较高的取向度和结晶度从而赋予了纤维较高的比强度、比模量，并兼具优良的耐热性能和介电性能[1,2].芳纶纸基功能材料作为轻量化结构材料、绝缘材料、电子材料等广泛应用于轨道交通、电子电工、航空航天、国防军事等高科技领域，在现代工业领域中占据着举足轻重……