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要想充分发挥芳纶的力学性能,就要进行表面改性处理

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要想充分发挥芳纶的力学性能,就要进行表面改性处理

发布日期:2018-10-22 作者: 点击:

   芳纶纤维是由美国杜邦公司先研制的一种由刚性分子链形成的高结晶度、高取向度材料,具有相对密 度小、耐疲劳、耐剪切等一系列优异性能,在橡胶工业等领域广泛用于芳纶纤维增强复合材料。复合材料的性能与基体相、增强相及两相界面结合状况均有关,良好的界面结合可使复合材料更好地发挥力学性能。芳纶具有刚性分子结构,分子对称性高,横向分子间作用力弱,分子间氢键弱,横向强度低使得在压缩及剪切 力作用下容易产生断裂;由于具有较高的结晶度,使得纤维表面光滑、无反应活性,导致其与大多数基体之 间的界面粘附性很差,因此,要改善芳纶纤维与复合材料的界面结合情况,充分发挥芳纶优异的力学性能,就要对芳纶表面进行改性处理。

芳纶共缩聚改性

芳纶短纤维的表面改性方法:

  芳纶的表面改性可以通过等离子体、超声波等物理技术或硝化/还原、氯磺化等化学方法,在纤维表面 引入羟基、羰基等极性或活性基团,与基体间形成反应性共价键结合,从而提高纤维与基体间的粘合强度。

1.共缩聚改性

  通过在芳纶分子链中引入具有不同结构的第三单体,在基本保持原有优良性能的前提下,改善芳纶纤维 的溶解性、耐疲劳性等性能。

  Bernhard等采用取代对苯二胺和二氯对苯二酰共缩聚反应,制备不同的刚性棒状芳香族聚酰胺,其主要 晶体结构与对位芳纶类似,不同的是,在热处理中不会发生结构变化,苯环取代的空间位阻和电子效应导致 纤维固态结构不同。

  2.利用化学反应,在纤维表面引入活性基团,使纤维与基体复合时产生化学作用,形成更多的化学键,增加材料界面相容性。主要采用偶联剂改性、表面刻蚀和表面接枝等方法。

  (1)偶联剂改性:偶联剂在化学结构上具有双官能团,在复合材料中起“桥梁作用”,一端与纤维表 面反应,另一端与基体反应,从而增加界面的相容性。陈晔等采用硅烷偶联剂对芳纶进行表面处理,使纤维 与橡胶基体间形成偶联剂桥联和缠结,获得较好的界面过渡区,改善了界面结构,消除了应力突变,使复合 材料的横向抗拉强度明显提高,耐高温性有所增加。

  (2)表面刻蚀法:刻蚀改性技术是通过化学或物理的技术处理芳纶,使其表面层的形貌、结构、极性 产生变化,有利于复合材料基体树脂的浸润和粘合,从而提高界面的粘合强度。

  人们常用酰氯类(甲基丙烯酰氯等)、酸碱类(乙酸酐等)等化学刻蚀剂来处理芳纶/环氧等复合材料。这 样既可以侵蚀芳纶的表面结构,形成粗糙表面,增加了基体树脂对芳纶表面的粘合力;也可以通过水解反应 在芳纶表面形成极性基团如-COOH、-OH等,促使纤维与基体间能形成共价键,提高了树脂基体对芳纶表面的 润湿性。

  Penn等采用硝酸或硝酸铵对Kevlar-29进行硝化处理在苯环上引入硝基,再将硝基还原成胺基。改性后 的表面形貌和表面能并未发生变化,但硝化后Kevlar-29/环氧复合材料的界面抗剪切强度则有了很大的提高 。

  (3)表面接枝法:苯环上的接枝反应主要有两种:一种是硝化还原反应引入氨基,另一种则是利用氯 磺化反应引入氯磺酸基团,以便进一步引入活性基团。采用氯磺酸处理Kevlar,即先在纤维表面引入氯磺基 ,再进一步转化为引入羟基、羧基、胺基等活性基团。

  袁海根等先用二氯乙烷、无水乙醇等清洗Kevlar29,然后再用二甲基亚硫酰钠(SMSC)的二甲基亚砜 (DMS0)溶液处理,最后再把已NaA+化的纤维分别放入氯丙烯和环氧氯丙烷中反应10min即可。这样就在 Kevlar29纤维表面接枝上

  CH2=CH-R-基团结构,表层部分分子上的二级酰胺上氢原子已被烯丙基所取代。实验测得其拔出力和界 面剪切强度有所提高,且界面剪切强度提高明显。

  通过溅射作用,使纤维表面变得更为粗糙,纤维的接触面积增大,从而增加纤维与聚合物基体间的摩擦 力,提高界面间粘附性。

本文网址:http://www.surefrp.com/news/374.html

关键词:芳纶纤维表面改性方法,芳纶表面改性,芳纶表面改性处理

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