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。     

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。     

对位芳纶沉析纤维及其纸基材料性能的研究

采用扫描电子显微镜、比表面积仪、纤维形态分析仪、X射线衍射仪等对比分析了对位芳纶沉析纤维和对位芳纶浆粕纤维的微观形貌、形态参数、结晶结构以及成纸性能。实验表明,与对位芳纶浆粕纤维相比,对位芳纶沉析纤维呈非粒状且尺寸较小,外形上既像皱膜又像薄片,表面活性高,比表面积大,达到7.35 m2/g;纤维细碎化程度高,长度均一性好,柔软性好,强韧性高;结晶度为28.55%,具备细微丝晶结构,有利于成纸的匀度和强度;配抄成纸机械强度和电气性能均高于对位芳纶浆粕纤维配抄的纸。     

对位芳纶纤维纸的增强工艺

对位芳纶纤维具有的刚性分子链结构以及表面化学惰性导致其力学机械性能较差。研究发现:芳纶浆粕的打浆能改善芳纶纸的成纸性能,间位芳纶沉析纤维本身具有较高的机械强度和较好的电绝缘性能,添加间位芳纶沉析纤维作为粘结纤维可有效改善对位芳纶纤维纸的抄造性能,当沉析纤维含量为30%左右时,纸张经过热压机高温高压作用,两种纤维更易熔粘,使纸张产生较高的物理性能和电气性能。     

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。     

对位芳纶纸热稳定性及其热分解动力学研究

采用TG-DSC和TG-IR分析由对位芳纶短切纤维和沉析纤维制备的新型对位芳纶纸的热学性能和热分解产物,并借助Coats-Redfern热分析方法探讨其热分解动力学行为。结果表明,该对位芳纶纸热分解过程为三个阶段,100℃以下失去的为结合水,初始分解温度为535℃、TG10%为540℃,800℃时其质量损失为57.2%,且在升温过程中发生裂解但不熔融;热解产物主要为HCN、NO_2、NH_3、NO、CO、CO_2以及H2O。其热分解特性受升温速率影响较大,随升温速率升高,对位芳纶纸的起始分解温度和终止分解温度均向高温区移动;Coats-Redfern动力学方程适用于计算该复合材料的热分解动力学参数,其拟合直线的相关系数均在0.98以上,反应级数为1,并计算了不同速率下对位芳纶纸的活化能E和频率因子A。     

不同粘结纤维增强芳纶纸对比研究

对位芳纶纤维具有的刚性分子链结构以及表面化学惰性导致其成纸机械性能较差。研究发现:添加粘结纤维与对位芳纶纤维进行配抄,经热压后可较好地改善成纸机械性能。添加间位芳纶沉析纤维和聚酯纤维均可提升纸张物理机械性能,但聚酯纤维增强效果较好,当聚酯纤维含量为20%左右时,经热压后纸张物理机械性能有较大幅度提升。     

对位芳纶纤维的动态力学分析

基于对对位芳纶纤维及对位芳纶纸进行动态力学分析,探究了对位芳纶纤维在一定频率的交变力作用下的应变行为及纸基材料内部分子的运动。研究表明,温度由低到高时,对位芳纶纸基材料经历了玻璃态、高弹态、黏流态3种不同的状态;由于结晶度较高的对位芳纶短切纤维的贡献,配抄纸样的初始储能模量高于纯浆粕纤维;热压可以使芳纶浆粕纤维发生重结晶,提高结晶度,有利于改善纤维的储能模量;通过动态力学温度谱图,可以从微观角度说明抄造芳纶纸用的对位芳纶短切纤维和对位芳纶浆粕纤维的共混性很好。     

对位芳纶纸的增强方法

为了获得更高机械强度和绝缘性能的对位芳纶纸基材料,本实验采用添加热塑性黏结纤维A、间位沉析纤维,利用酚醛树脂浸渍芳纶手抄原纸的方法,来增强纸页的各项性能指标。试验结果表明,这3种增强方式可以在大大改善芳纶纸机械性能的同时,并使其具有较好的耐压强度。扫描电镜观察,增强后的芳纶纸表面更平整,这是由于热塑性黏结纤维受热熔融将对位芳纶纤维粘接起来所致。     

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%。     

水分对芳纶纸基材料热压性能的影响研究

研究了在热压过程中水分含量对芳纶纸基材料机械性能和电气性能的影响,采用扫描电镜(SEM)、全自动压汞仪(MIP)和X射线衍射仪(XRD)研究了湿热压后芳纶纸的表面形貌、孔隙结构和结晶度的变化。结果表明,随着湿纸水分含量的增加,结晶度相应增加,水分含量为120%时,结晶度达到最大值为71.17%,比干纸增加了59.39%,热压后芳纶纸表面平整、内部结构紧密,芳纶纸机械性能和电气性能也随之增强。     

PPTA@ZnO NWs的功能化修饰及导热绝缘纸基材料的制备与研究

为了提高芳纶纤维纸基材料的导热性,通过水热合成法在对位芳纶纤维(PPTA)表面生长氧化锌纳米线(ZnO NWs),进一步用硅烷偶联剂KH550对PPTA@ZnO NWs进行功能化修饰,采用湿法造纸技术制备PPTA@ZnO NWs-KH550纸基复合材料并研究其导热性能、绝缘性能及力学性能。结果表明,ZnO NWs成功地均匀包覆在PPTA表面。与PPTA纸基复合材料相比,PPTA@ZnO NWs纸基复合材料的导热系数可达0.455W/(m·K),提高115.64%,且介电强度满足绝缘要求。经硅烷偶联剂KH550功能化修饰后,PPTA@ZnO NWs-KH550纸基复合材料导热系数较修饰前基本保持不变,呈现优异的绝缘性和良好的力学性能,介电强度增加3.69%,拉伸强度提高58.75%。     

芳纶纤维与浆粕材料界面结构的TEM表征

采用透射电镜（TEM）对芳纶纤维/浆粕界面特征进行表征,探讨了界面微观结构与芳纶纸基材料综合性能的相关性。TEM观察结果表明,不同制造工艺的纤维,其微细纤维的精细程度有较大差异;热压过程并没有使得芳纶微纤维间熔融为一体,而是在纤维与基体间形成一个相互交叉的过渡区界面。界面的结构也不尽相同,纤维与浆粕间界面结构或形成镶嵌的＂钉扎型＂,或形成＂间隙型＂界面。这些结构对纤维与浆粕间的结合性能造成明显差异,因而对纸张物理性能也有明显的影响。     

对位芳纶浆粕纤维形态特性与纸张性能

对比分析了进口与国产两种对位芳纶浆粕纤维的微观形态、纤维尺寸分布、比表面积、纸张性能,以及晶态结构、热学性能等特性,并在此基础上探讨了浆粕纤维不同形态结构和性能对所抄芳纶纸增强效果的影响。结果表明,国产芳纶浆粕纤维无论是纸张性能还是结构仍然有较大的改进空间;更柔顺的纤维形态、更大的比表面积、更均匀的纤维尺寸分布以及更加完善的晶态结构均能改善浆粕纤维在复合材料中的增强效果。     

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。     

Preparation of Polyimide Fiber/Thermoplastic Resin Composites with Improved Mechanical Properties

As a high-performance material for preparing composite materials, polyimide fibers suffer from many potential drawbacks, including poor bonding with other substrates, which results in composite materials with poor mechanical properties. Therefore, this study proposed a simple and rapid technique for obtaining loose, porous polyimide fiber papers by implementing a wet method using equal amounts of polyimide fiber and polyimide fiber paper as reinforcements, respectively. The polyimide resin-based composite materials were prepared by hand lay-up and hot pressing. The results showed that the paper-based reinforcement exhibited high porosity and the fibers were arranged with a uniform pore size distribution. The tensile properties, bending performance, and interlaminar shear performance of the paper-based composite improved by 130%, 108%, and 34.5%, respectively, compared to those of the fiber-based counterpart. The factors affecting the mechanical properties of the composites were analyzed based on the fiber length, fiber beating or lack thereof, and the basis weight of the paper. The increased uniformity of the polyimide fiber paper changed the ordering of the fibers and resolved drawbacks such as difficult dispersion, uneven pore size distribution, and poor mechanical properties related to single fibers in the resin-based composite material.     

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。     

纤维长度对芳纶纤维纸结构和力学性能的影响

讨论芳纶纤维长度对纸页结构和力学性能影响。研究表明,纸页紧度随着纤维长度增加而降低,平均孔径随着纤维长度增加而增加;抗张强度、伸长率、耐破度在长度是1～4mm时,随着纤维长度的增加而增加,4mm以后变化不太明显;撕裂度在1～6mm范围内,都是随着长度的增加而增加。     

硫酸预处理对PPTA短切纤维PFI打浆效果的影响

使用硫酸对PPTA纤维进行预处理后再使用PFI磨打浆,通过对原纤及粕保水值、浆粕原纸抗张强度的测定以及纤维表规形貌观察(SEM)等表征手段,探讨了硫酸预处理对PPTA短切纤维打浆效果的影响.实验发现,经质量分数为80%的硫酸处理后,PPTA短切纤维表面有轻微的溶解现象,部分纤维丰体上有小范围的浅层的纤维纵向劈裂现象;而经质量分数为85%的硫酸处理的PPTA短切纤维则纵向劈裂严重,小部分微纤已经裸露.由浆粕保水值及浆粕原纸紧度、抗张强度数据可知,经质量分数为80%和85%的硫酸处理后制备的浆粕原纤化程度较未处理的高.结合SEM照片发现,经顶处理后磨浆的浆粕具有更充分的原纤化效果,主干纤维破坏严重.