对位芳纶沉析纤维对芳纶纸基材料结构和性能的影响

对位芳纶沉析纤维是一种采用物理沉析法制备而得的新型芳纶纤维,为解析这种纤维的形态特征与其芳纶纸基材料(对位芳纶沉析纤维和对位芳纶短切纤维组成)结构和性能之间的相关性,采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)表征了该纤维的表观形貌;通过纤维质量分析仪(Morfi Compact)分析了该纤维的形态参数;利用压汞仪(MIP)测定了芳纶纸基材料的孔隙结构参数;并探讨了对位芳纶沉析纤维对芳纶纸基材料孔隙结构和物理性能的影响。结果表明,对位芳纶沉析纤维呈薄膜褶皱状、形态细小、表面粗糙、易于分散;纤维质均长度为0.479 mm,细小纤维含量为71.9%,尺寸均一性好、细碎化程度高,利于芳纶纸基材料的复合增强;对位芳纶沉析纤维能显著改善芳纶纸基材料的结构,直接影响其机械性能和绝缘性能,最佳含量应为70%左右。     

间位芳纶纤维悬浮液的屈服特性及其与成纸匀度关系的研究

为探究间位芳纶纤维悬浮液的絮凝特性,本研究从流变学角度出发,分别研究了单一间位芳纶短切纤维和间位芳纶沉析纤维悬浮液及两者共混悬浮液的絮凝浓度、剪切屈服应力和压缩屈服应力,同时通过湿法成形工艺探索间位芳纶纤维悬浮液的屈服流变特性与成纸匀度间的构效关系。结果表明,不同纤维配比间位芳纶纤维悬浮液的凝结点在0.37~0.68 g/L之间,悬浮液的压缩屈服应力和剪切屈服应力与纤维浓度间分别呈线性和指数函数关系;除100%短切纤维悬浮液外,在同一浓度下,间位芳纶纤维悬浮液的压缩屈服应力和剪切屈服应力均随着沉析纤维比例的增大而减小;间位芳纶纤维悬浮液Froude数随着浓度的增大而减小,对特定配比的间位芳纶纤维悬浮液,间位芳纶纸的匀度指数随着悬浮液Froude数的增大而增大。     

对位芳纶沉析/短切纤维及其纸基材料性能的研究

为了解对位芳纶沉析纤维这种新型纤维和短切纤维的特性,并制备出高性能纸基复合材料,本文采用SEM表征了芳纶纤维的表观形貌;通过纤维质量分析仪(Morfi Compact)、保尔筛分仪测定了纤维的形态参数;分别探讨了沉析/短切纤维的处理工艺及配抄比例对纸基材料性能的影响,并利用TGA研究了纸基的热学性能。结果表明:短切纤维呈刚性圆柱状,两端粗细一致,表面光洁均整;沉析纤维呈薄膜褶皱状,形态细小,纤维均一性好,细碎化程度高,有利于纸基材料的匀度和强度;采用沉析纤维的打浆度60SR,短切纤维的分散剂用量0.3%,配抄比例7:3的工艺条件,将获得最佳机械性能和介电性能的芳纶纸基材料;这种纸基材料初始分解温度高达535℃,TG10%为560℃,说明其热学稳定性优异。     

对位芳纶纳米纤维用量对对位芳纶纸结构及性能的影响

本研究以原位聚合法制备的对位芳纶纳米纤维及市售对位芳纶沉析纤维为黏结纤维,分别与对位芳纶短切纤维混合,通过湿法抄造制备对位芳纶纸（纳米纸和沉析纸）。详细研究了2种不同原料及其用量对纸张结构及性能的影响规律,并对作用机理进行了探讨。结果表明,采用对位芳纶纳米纤维制备的纳米纸在纸张匀度、机械强度、电气绝缘强度等方面均优于对位芳纶沉析纤维制备的沉析纸。黏结纤维含量均为40%时,纳米纸抗张指数比沉析纸提高了44%,撕裂指数提高了57%,电击穿强度提高了80%。这种差异主要来源于对位芳纶纳米纤维具有更高的表面活性,以及由此产生良好的可加工性及二次组装性能。     

氯仿改性芳纶纤维对芳纶纸强度性能的影响

通过正交实验优化出了氯仿溶液改性芳纶纤维的最佳工艺条件,并结合IR、XPs等仪器分析探讨氯仿增强芳纶纸强度性能的机理.结果表明,用11.10％乙醇水溶液+氯仿处理沉析纤维25 min,再用清水清洗2次后,与未处理的短切纤维抄造成纸,检测得出芳纶纸的抗张指数增加了65.5％,紧度提高了4 4％.改性后芳纶纸纤维表面的部分羰基转化成了羟基,增加了纤维间的界面黏结力,从而提高了纸张强度.     

对位芳纶纸性能研究

针对对位芳纶纤维(PPTA)的抄造性能,研究了浆粕纤维与短切纤维的纤维形态、纤维配比以及抄造方式对成纸性能的影响,并添加间位芳纶沉析纤维与PPTA配抄来探讨对位芳纶纸的性能。实验结果表明,采用层合法成形,PPTA浆粕纤维与短切纤维质量比为7∶3时,成纸性能达最佳值,并且添加沉析纤维可以明显增强对位芳纶纸的机械性能。     

复合凝固剂对聚酰亚胺沉析纤维成形的影响

采用沉析法制备聚酰亚胺沉析纤维,以乙醇-NMP为主要凝固剂,向其中加入不同含量的水制备成复合凝固剂,通过研究聚酰亚胺与乙醇、水凝固机理的不同,改善沉析纤维的沉析工艺;通过调控复合凝固剂的组成,探究其对沉析纤维形貌、保水值、比表面积等性能的影响。结果表明:利用沉析法制备聚酰亚胺沉析纤维,以乙醇-NMP作主要凝固剂,凝固速度慢,成形更加可控,且减少浪费和污染;以水作为第三组分加入到凝固剂中配置复合凝固剂,可赋予沉析纤维薄膜状形貌,增加沉析纤维间以及沉析纤维与短切纤维间的接触面积,提高成纸时的纸张性能;当复合凝固剂中水的含量为4%时,沉析纤维性能最佳,保水值达32.6 g·g~(-1),比表面积达55.4 m~2·g~(-1)。     

添加沉析纤维增强对位聚芳酰胺纸性能

采用间位沉析纤维对对位聚芳酰胺纸进行增强,研究沉析纤维的添加对芳纶纸机械性能和电气绝缘性能的影响,并使用扫描电子显微镜研究芳纶纸表面微观结构。研究表明,沉析纤维的添加对对位聚芳酰胺纸具有显著的增强效果,可以明显增强其机械性能;同时又可使其保持较高的绝缘性能。当沉析纤维添加量为20%时,对位聚芳酰胺纸可以达到理想的增强效果,与不添加沉析纤维相比,成纸的抗张指数、伸长率和撕裂指数分别增加55.3%,49.5%和22.1%。     

特性黏度法快速确定芳纶短切纤维和沉析纤维的配比

利用一点法快速地测定了芳纶纤维溶液的特性黏度,通过考察纤维混合溶液的特性黏度与其组分配比之间的关系,提出了一种通过测定特性黏度确定芳纶纤维混合物中短切纤维和沉析纤维配比的新方法。该方法简单易行,高效快捷,不仅适用于确定间位芳纶纤维混合物的组分配比,也同样能够有效地确定间位和对位芳纶纤维混合物的组分配比。     

芳纶云母绝缘纸物理性能研究

通过添加沉析纤维改善芳纶云母绝缘纸基的物理性能,研究沉析纤维用量对芳纶云母绝缘纸基物理性能的影响。沉析纤维能有效地填充和黏结纸基的纤维,并增加纤维之间的接触点,沉析纤维用量为20%～35%时可以提高芳纶云母绝缘纸基的物理性能。     

纤维表面改性对纸基摩擦材料原纸强度性能的影响

采用高温空气氧化法对碳纤维表面进行改性处理,同时采用磷酸氧化法对芳纶短切纤维表面进行处理,对改性前后的两种纤维分别进行表征;采用芳纶浆粕、竹浆、海泡石绒以及改性前后的碳纤维和芳纶短切纤维混合来抄造纸基摩擦材料原纸;探究纤维的表面改性处理对纸基摩擦材料原纸强度性能的影响。结果表明,改性后的纤维表面产生了很多沟壑,纤维表面粗糙程度增加,纤维表面的接触点和面积更多,结合力更大,同时引入了大量的活性基团;用改性纤维配抄的纸张层间结合强度比未改性纤维配抄的纸张层间结合强度提高了21%。     

芳纶纤维的冷等离子体处理及其老化性能

为改善芳纶纤维与树脂基体之间的黏结性,采用氮气冷等离子体技术对芳纶纤维进行改性,借助扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱仪及接触角测量仪观察和分析纤维的表面形貌、化学组分、表面润湿性及表面能的变化。结果表明：样品处理后24 h内,纤维表面粗糙度提高,C 含量减少,N 和 O 含量增加,接触角由疏水转变为亲水,表面能增大;随着放置时间的延长,纤维表面粗糙度保持不变,非极性基团C—C 和C—H 含量增加,极性基团C—N、C—O 和NH—CO 含量减少,表面能降低,接触角增大,最后趋于稳定;放置28d后,接触角比未处理纤维降低了27.8°,表面能提升了87%,表明冷等离子体对表面的刻蚀和改性是永久的。     

低温等离子体处理对芳纶界面性能的影响

为研究低温等离子体处理对芳纶界面性能的影响,制作了满足要求的试样并进行等离子体处理实验。采用扫描电子显微镜（SEM）、浸润性实验等方法对芳纶表面的刻蚀程度进行表征,并对低温等离子体处理前后的芳纶进行拉伸性能测试。结果表明：随着低温等离子体处理时间的延长、处理功率的增大,芳纶表面刻蚀度加剧;低温等离子体处理后芳纶的拉伸性能变化不大,但纤维的浸润性有了明显改善;纤维与树脂的结合强度也有近50%的提高。     

对位芳纶磷酸化表面改性

为提高芳纶与基质材料的黏结性能。采用稀磷酸在芳纶表面进行高温浓缩磷酸化改性。结果表明：稀磷酸高温浓缩工艺能够对纤维表面进行有效的改性;XPS分析表明：稀磷酸浓缩改性可以在芳纶表面引入大量的磷元素;SEM分析表明：芳纶改性后,表面由光滑变为略微粗糙;红外光谱分析表明：芳纶纤维的改性使纤维表面引入了-P-OH,31P-NMR分析表明:改性芳纶结构中引入了二磷酸基团;X射线衍射和热失重分析表明：改性后的芳纶结晶结构没有变化,结晶度略有增加,热稳定性保持良好;在低磷酸浓度条件下,改性后的芳纶纤维力学性能保持良好。稀磷酸浓缩改性工艺流程短、改性速度快、成本低、具有良好的应用前景。     

臭氧等离子体预处理对芳纶染色性能的影响

针对芳纶难以使用常规工艺进行染色和印花加工等问题,通过臭氧等离子体预处理芳纶织物后结合树脂改性以提升染色性能。研究了臭氧等离子体预处理对树脂改性芳纶表面元素和形貌的影响,探究了改性后芳纶织物的分散染料染色效果。结果表明:单独的臭氧等离子体处理对芳纶的染色效果改善并不明显,而臭氧等离子体预处理引入了丰富的活性基团并构建了粗糙的界面,显著提升了树脂的均匀分散性,使树脂和织物间的结合强度最高可提升104%,同时,大大提高了芳纶织物的分散染料上染率(98.6%)和表观染色深度(2.7),染色织物的色牢度得到有效提升,耐摩擦色牢度可达到服装面料使用要求。     

FRP-水泥砂浆抗弯性能的研究

利用三点弯研究了水泥砂浆外贴碳纤维和芳纶纤维片材后的抗弯性能,并对2种纤维进行表面处理,探讨纤维的表面处理对FRP水泥砂浆体系抗弯性能的影响。结果表明,用等离子体分别对碳纤维和芳纶纤维进行表面处理,CFRP和AFRP水泥砂浆的最大断裂载荷都能显著提高,而且构件在受弯过程中没有发生剥离破坏,FRP被拉断,纤维高强的特点得到充分发挥。     

芳纶/气凝胶复合材料制备及其性能研究

用芳纶沉析纤维与芳纶短纤采用湿法抄纸制得芳纶纸,再加入疏水Si O2气凝胶制备了芳纶/气凝胶复合材料,并测试了芳纶纸和芳纶/气凝胶复合材料的相关性能。结果表明:当芳纶沉析纤维/芳纶短纤质量混比为60∶40时,芳纶纸的力学性能较优;芳纶/气凝胶复合材料的断裂强度和伸长率均随气凝胶含量的增加而减小,但当气凝胶质量分数为1%时,芳纶/气凝胶复合材料的断裂强度和伸长率保持率在85%以上,可有效保证其使用性能;芳纶/气凝胶复合材料比芳纶纸具有更好的耐热性能。     

高性能纤维的单纤维压缩弯曲性能

选取11种高性能纤维,包括PBO纤维、芳纶1313纤维、对位芳纶纤维、高强聚乙烯长丝和高强聚乙烯短纤等,采用单纤维压缩弯曲仪测试纤维的单纤维压缩弯曲性能,并对其压缩弯曲曲线进行对比分析。结果表明,11种高性能纤维中,Technora纤维的最大力和抗弯刚度最大,在相同条件下,Technora纤维更难被压弯;PBO纤维普通丝的抗弯刚度远大于高模量丝的抗弯刚度;直径相同的条件下,芳纶1414纤维的最大力、等效弯曲模量及抗弯刚度明显高于芳纶1313纤维;超高分子量聚乙烯纤维的压缩弯曲曲线变化趋势最明显。