对位芳纶纤维的表面物理改性研究进展.doc

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1、对位芳纶纤维的表面物理改性研究进展摘要：对位芳纶纤维具有高强度耐热耐磨等优异特性，然而过高的分子取向度降低了其纤维与染料、树脂的结合力。该文阐述了对位芳纶关于表面物理改性方法，着重介绍了等离子、超声和辐照技术在对位芳纶改性中的应用。关键词：对位芳纶物理改性等离子处理超声波处理丫射线辐照中图分类号：TM215文献标识码：A文章编号：1672-3791(2016)03(b)-0146-02对位芳纶学名为聚对苯二甲酰对苯二胺，其产品统称为1414芳纶，由于其优异的高强度、高模量、耐高温等特性可作为增强材料用于航空航天、交通、土木和军

2、工应用等领域。对位芳纶纤维表面改性处理的研究国内外多冇报道，依据其作用机理主要可分为物理改性、化学改性等方法。该文重点对芳纶纤维所具有的表面物理改性实施有效报道。1对位芳纶纤维表面物理改性物理法主要借助高能射线、等离子体、紫外辐射以及超声波等在纤维表面形成自由基反应活性中心，与其表血单体发生反应后引入极性基团，可提高纤维的侵润性和粗糙度，从而提高芳纶与基体的粘结强度。1.1等离子体法等离子体法在实际应用过程中，主要是借助冷等离子体空间含有相对较多的反应活性中心，其中高能量能够对芳纶表面实施改性，进而形成相应的自由基活性中心，之

3、后其实施裂解、氧化以及自由基转移等反应，最终形成活性基团。该法在不同气氛下能够对•芳纶纤维表面引入不同的极性基团，改善纤维的润湿性，增大比表面积，以此来提高纤维复合材料的界面粘接性。1994年，台湾Sheu等利用NH3、02、H20对Kevlar49进行等离子改性，冃的在于提高与环氧树脂Z间的粘结性能。而JRBrown等采用MI3以及02气氛对芳纶实施等离子改性研究中结果显示改性后的纤维材料在层间剪切强度以及弯曲强度方面已经有了相对明显的提升。Fang等借助空气等离子体方法，让芳纶纤维的表面快速形成了相应的含氧以及含氮基团；S

4、u等通过氧等离子对芳纶纤维表面进行了相关处理，从而在一定程度上增加了纤维表面实际粗糙度以及含氧官能团数，增强了纤维和双马來酰胺树脂间所具冇的粘结性，界面剪切强度大约提升了40%。Caixiajia等在常压下采用空气介质阻挡放电形成的等离子体处理芳纶纤维。Ren等发现湿度对Kevlar纤维的等离子处理效果产生影响，约5.5%的湿度环境下的等离子体处理,能够在纤维表面获得更高的N与0的含量。1.2超声波辐射法超声波辐射法的应用可以在超声作用下，使气泡在破裂过程中产生非常巨大的能量，促使树脂和纤维界面粘合力增强；而其中的空化作用使纤

5、维表面的粗糙度加大，纤维的细纤维化程度增大。超声波对环氧树脂和芳纶纤维的作用提高了纤维润湿能力和界面粘结。研究发现：在30mm振幅超声波在线处理后，复合材料界面剪切强度增加23.6%。超声针对胶液以及复合材料将会产生两方面作用，具体來说:一方面作用于胶液，可以提升其活性，有效改善工艺加工过程屮所具有的特性；借助超声空化作用最大限度消除槽中大量多余气泡，并对一些多余热量进行处理，最终提高树脂基体自身的强度；另一方面作用于浸胶湿纤维方血，能够更好地除去气泡，保证纤维表面进行均匀浸胶，进一步改善树脂分布不均匀的现象，降低缺陷的实际程

6、度。Dong等采用设置有超声换能器的新型超声装置对芳纶/环氧复合材料丝线进行超声处理，其层间剪切强度最高可达52.9MPa,比未处理吋提高T10%。石键滨等研究显示超声技术能够改善芳纶材料浸润性，确保树脂分布均匀，且实验表明，振幅控制到40-50mm之间的时候，剪切强度最大。此外，刘丽等的实验结果显示，改性芳纶纤维表面被刻蚀，极性官能团增加。1.3丫射线辐照法利用高能物理Y射线辐照能够引起表面分子链降解并产生活性基团，促进纤维自由基与接枝的单体发生反应。此法可在常温常压下进行反应且不需要催化剂。Y射线辐射在实施纤维处理的过程中

7、会产生两种影响：第一种在于辐射自交联，借助Y射线辐射具冇的交联特点，从而引发相应的光化学反应,确保皮层与芯层间自身交联反应更好的发生，进而提升纤维横向拉伸强度；第二种在于辐射接枝，在Y射线作用下，芳纶以及表面涂覆物将会出现相应的自由基反应，进而增强纤维表面所具有的极性基团数量，提高芳纶以及树脂的粘附性，最终达到改善界面的效果。2000年，邱军等对Apmoc纤维进行500kgY射线辐射，发现处理后的复丝拉伸强度提高，并且丫射线处理后Apmoc纤维复合材料的拉伸断口比较齐整，微纤劈裂现象减少。这说明辐射使Apmoc纤维本身可以发生

8、相应的辐射交联反应，进而在微纤Z间出现一定量的化学键，从根本上增加了分子之间的相互作用力。Zhang等分别在空气和N2条件下，采用辐照剂量为500kg丫的Co-60放射源对环氧树脂/丙酮浸泡的armos纤维进行Y射线辐射处理，使芳纶/环氧树脂的层间和界面剪切强度分别较原先提高