对位芳纶纤维的表面物理改性研究进展

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1、对位芳纶纤维的表面物理改性研究进展　　中图分类号：TM215文献标识码：A：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有报道，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、

2、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，与其表面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

3、粘接性。1994年，台湾Sheu等利用NH3、O2、H2O对Kevlar49进行等离子改性，目的在于提高与环氧树脂之间的粘结性能。而JRBrom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，具体来说：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中所具有的特性；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面，能够更好地除去气泡，保证纤维表面进行均匀浸胶

4、，进一步改善树脂分布不均匀的现象，降低缺陷的实际程度。　　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，比未处理时提高了10%。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。　　1.3γ射线辐照法　　利用高能物理γ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

5、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。　　γ射线辐射在实施纤维处理的过程中会产生两种影响：第一种在于辐射自交联，借助γ射线辐射具有的交联特点，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γ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500kgγ射线辐射，发现处理后

6、的复丝拉伸强度提高，并且γ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纤维本身可以发生相应的辐射交联反应，进而在微纤之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500kgγ的Co-60放射源对环氧树脂/丙酮浸泡的armos纤维进行γ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了21.9%和60.2%。张宗强等针对在O2介质中辐照Kevlar-4930h进行了研究，

7、三维编织芳纶增强尼龙（K31/PA）复合材料在弯曲强度上以及剪切强度上都得到了有效提升，然而却降低了相应的冲击强度。　　1.4紫外（UV）辐射法　　利用紫外线辐照纤维也能增加芳纶表面的活性元素含量。张珊珊等在实验中发现，随处理时间的增加，纤维/环氧界面剪切强度先增大后减小，当处理时间达到8min时，界面剪切强度提高了62.6%，达到最大值18.11MPa。　　Zimmermann等采用激光对芳纶纤维进行消融治疗后，加大了纤维/树脂界面剪切强度；2007年，东华大学Ding等报道了用纳米TiO2包

8、覆的芳纤维对紫外可见光的稳定性，证明了紫外可见光对芳纶纤维是有损伤的。　　1.5低温超临界改性　　CO2等在固-液-气相临界的超低温环境下具有非常活泼的性质，利用这一性质对芳纶表面进行低温超临界处理，将显著改善纤维对大分子的浸润性。Zhang等的研究发现将PTFE/Kevlar纤维低温处理可以制备磨损性能更优的复合材料。究其原因在于低温处理能够确保纤维表面产生大量小颗粒物，并出现一定的条纹凹槽，这种情况下就会使其磨损性能得到大幅度提高。　　2结语　　芳纶纤维的物理改性从本质上没有改变原纤维的特性