芳纶纤维表面处理及其增强天然橡胶复合材料的研究

通过对芳纶纤维(AF)进行预处理达到改善纤维与橡胶的界面粘接状况。首先采用磷酸(H3PO4)对纤维进行刻蚀,然后再用多巴胺(DOPA)在纤维表面涂覆,并在此基础上对纤维进行接枝改性,制备芳纶纤维增强天然橡胶(NR)的复合材料(AF/NR复合材料)。红外光谱、扫描电子显微镜检测表明不同的处理方法均改善了纤维和复合材料的界面粘接。力学性能测试显示经硅烷偶联剂双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(Si69)二次改性后的AF/NR复合材料的综合性能最好,100%定伸应力和撕裂强度达到最大值,分别为4.93MPa和95.94kN/m,与纯AF复合材料相比,分别提高了26.4%和13.9%。     

芳纶纤维的紫外辐照改性及硅烷偶联剂二次改性

采用紫外辐照和硅烷偶联剂KH570二次接枝的方法对芳纶纤维表面进行改性,研究二次改性对芳纶纤维结构及性能的影响,并测试了改性芳纶纤维/炭黑/天然橡胶复合材料的力学性能。结果表明,经紫外辐照改性后,芳纶纤维表面产生活性官能团,为二次接枝提供反应活性点;KH570二次接枝改性后,纤维表面活性和表面粗糙度明显改善,并在其表面引入有助于提高粘合性能的活性官能团。整个改性过程简单、高效和安全。相比于未改性芳纶纤维/炭黑/天然橡胶复合材料(AF/CB/NR),紫外辐照-硅烷偶联剂二次改性芳纶纤维/炭黑/天然橡胶复合材料(KH570-UV-AF/CB/NR)的拉伸强度、100%定伸应力、300%定伸应力、撕裂强度和H抽出力分别提升了17.1%、24.7%、22.4%、48.7%和132.1%。     

芳纶纤维的紫外辐照改性及硅烷偶联剂二次改性EI北大核心CSCD

采用紫外辐照和硅烷偶联剂KH570二次接枝的方法对芳纶纤维表面进行改性,研究二次改性对芳纶纤维结构及性能的影响,并测试了改性芳纶纤维/炭黑/天然橡胶复合材料的力学性能。结果表明,经紫外辐照改性后,芳纶纤维表面产生活性官能团,为二次接枝提供反应活性点;KH570二次接枝改性后,纤维表面活性和表面粗糙度明显改善,并在其表面引入有助于提高粘合性能的活性官能团。整个改性过程简单、高效和安全。相比于未改性芳纶纤维/炭黑/天然橡胶复合材料(AF/CB/NR),紫外辐照-硅烷偶联剂二次改性芳纶纤维/炭黑/天然橡胶复合材料(KH570-UV-AF/CB/NR)的拉伸强度、100%定伸应力、300%定伸应力、撕裂强度和H抽出力分别提升了17.1%、24.7%、22.4%、48.7%和132.1%。     

芳纶纤维的络合/涂覆固化复合改性及其天然硫化胶性能的研究

采用氯化钙(CaCl2)水溶液络合/环氧树脂(EP)体系,对芳纶纤维(AF)进行表面处理,进行力学性能测试,分析复合处理对纤维/天然橡胶(NR)复合物力学性能的影响,结果表明:当添加EP/AF=3%(质量分数,下同)时改性效果最佳,AF/NR复合材料的拉伸强度、300%定伸应力和撕裂强度与单用CaCl2处理的相比,分别提高了9.21%、18.41%和14.98%;并且使用DMA,XRD及SEM分析复合处理对复合物界面粘合的影响。     

CaCl_2和多巴胺处理对芳纶纤维表面结构与性能的影响

采用氯化钙(CaCl_2)乙醇溶液和多巴胺水溶液浸渍法对芳纶纤维表面进行改性处理,对改性后芳纶纤维表面的化学结构、微观形貌、表面粗糙度、单丝拉伸强度和芳纶纤维/环氧树脂复合材料的界面性能等进行了测试分析。结果表明,采用CaCl_2乙醇溶液处理芳纶纤维后,芳纶纤维表面有刻蚀出的沟槽,表面粗糙度增大,芳纶纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度明显提高,同时由于纤维结构受到破坏,单丝拉伸强度下降了11.12%;采用多巴胺水溶液处理时,芳纶纤维表面沉积了聚多巴胺涂层,表面粗糙度增大,芳纶纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度进一步提高,纤维结构几乎不受影响,单丝拉伸强度降幅较小;采用CaCl_2乙醇溶液和多巴胺水溶液先后处理芳纶纤维后,纤维表面的聚多巴胺涂层更致密,复合材料的层间剪切强度达到最大值,同时改性后的纤维具有一定的抗紫外性能,此方法改性效果最优。     

CaCl1和多巴胺处理对芳纶纤维表面结构与性能的影响

采用氯化钙(CaCl2)乙醇溶液和多巴胺水溶液浸渍法对芳纶纤维表面进行改性处理,对改性后芳纶纤维表面的化学结构、微观形貌、表面粗糙度、单丝拉伸强度和芳纶纤维/环氧树脂复合材料的界面性能等进行了测试分析.结果表明,采用CaCl2乙醇溶液处理芳纶纤维后,芳纶纤维表面有刻蚀出的沟槽,表面粗糙度增大,芳纶纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度明显提高,同时由于纤维结构受到破坏,单丝拉伸强度下降了11.12％;采用多巴胺水溶液处理时,芳纶纤维表面沉积了聚多巴胺涂层,表面粗糙度增大,芳纶纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度进一步提高,纤维结构几乎不受影响,单丝拉伸强度降幅较小;采用CaCl2乙醇溶液和多巴胺水溶液先后处理芳纶纤维后,纤维表面的聚多巴胺涂层更致密,复合材料的层间剪切强度达到最大值,同时改性后的纤维具有一定的抗紫外性能,此方法改性效果最优.     

接枝改性对芳纶纤维增强天然橡胶复合材料性能的影响

采用氢氧化钾溶液对芳纶纤维(AF)表面进行处理,在此基础之上用环氧树脂/端羟基液体聚异戊二烯橡胶(EP/LIR)的甲苯溶液接枝纤维,将处理后的纤维、端羟基液体聚异戊二烯橡胶以及天然橡胶制成母炼胶,制备芳纶纤维增强天然橡胶复合材料。考察了纤维接枝的改性效果,以及KOH浓度、EP含量对复合材料力学性能的影响。红外光谱、扫描电镜、X射线能谱检测表明芳纶纤维接枝改性改善了纤维表面与复合物基体间的界面粘接,力学性能显示当KOH溶液的浓度为0.1%,EP含量为m(EP)/m(AF)=16.7/100时300%定伸应力和撕裂强度均有最优值。动态力学分析结果表明EP的加入会增大复合材料的储能模量和损耗模量,降低损耗因子峰值,从而提高了纤维与橡胶基体的界面粘合。     

磷酸处理芳纶纤维的缠绕环氧树脂基体

在用磷酸(PA)溶液处理芳纶纤维的基础上, 系统研究了适用于制备高性能芳纶纤维增强复合材料的缠绕环氧树脂基体, 测试了复合材料的力学性能和热机械性能, 讨论了树脂基体对芳纶纤维增强复合材料界面性能的影响。结果表明: 经过磷酸溶液处理的芳纶纤维表面存在一定量的极性官能团, 与缩水甘油酯类环氧树脂有良好的界面相容性; 经过优化的树脂体系其芳纶纤维增强复合材料的NOL环(Naval Ordnance Laboratory Ring)纤维强度转化率达到95％, 层间剪切强度(ILSS)达到79MPa, 界面剪切强度(IFSS)达到76MPa, 具有较好的界面性能。      

尼龙短纤维增强天然橡胶复合材料的性能研究

采用液体橡胶对尼龙纤维进行改性,再用超声对纤维进行处理,将处理后的尼龙短纤维(NSF)和天然橡胶(NR)制成母炼胶,再制得NSF/NR硫化胶复合材料。考察了液体橡胶、超声处理对纤维的改性效果及对NSF/NR硫化胶复合材料的力学性能的影响。实验结果表明:采用端羟基聚丁二烯(CTPB)浸渍,并超声处理7h,纤维与橡胶界面得到改善,提高了相容性,力学性能进一步提高,制得的NSF/NR硫化胶复合材料与未经改性处理的硫化胶复合材料相比,拉伸强度达到24.87MPa,提高了21.67%;断裂伸长率达到1061.190%,提高了17.16%;100%定伸应力达到3.944MPa,提高了30.38%;300%定伸应力达到7.138MPa,提高了13.66%;撕裂强度达到60.830kN/m,提高了5.41%。     

超临界二氧化碳对芳纶纤维的表面改性

针对芳纶纤维与树脂基体界面性能差及纤维原纤化的问题,采用超临界二氧化碳分散环氧树脂对芳纶纤维进行表面改性,研究超临界二氧化碳处理对芳纶纤维结构及性能的影响。结果表明超临界二氧化碳改性处理能够提高环氧树脂对芳纶纤维的浸润效果,利用超临界二氧化碳分散环氧树脂对芳纶纤维进行处理,可以在一定程度上提高芳纶纤维的性能并改善芳纶增强树脂基复合材料的界面性能。超临界二氧化碳处理能够提高芳纶纤维表面粗糙度及比表面积,且芳纶纤维性能不受影响。     

改性芳纶纤维/天然橡胶复合材料的制备及性能表征

采用傅里德-克拉夫茨反应原理在芳纶纤维表面接枝环氧氯丙烷,用偶联剂二次改性,研究表面接枝对芳纶纤维结构与性能的影响,并测试了改性芳纶纤维/炭黑/天然橡胶的力学性能。结果表明:改性后芳纶纤维表面的含氧量增加,偶联剂成功引入到芳纶表面,明显增加了芳纶的表面粗糙度和表面活性,降低了芳纶纤维的结晶度,但是对芳纶纤维晶体结构的影响不大,接枝环氧氯丙烷-偶联剂改性的芳纶纤维/炭黑/天然橡胶复合材料相比于未改性芳纶纤维/炭黑/天然橡胶复合材料力学性能有明显提高,橡胶加工流变性能分析表明芳纶纤维接枝环氧氯丙烷-偶联剂二次改性增大了复合材料的储能模量和损耗模量,减小了损耗因子从而改善了芳纶纤维与橡胶基体的界面结合强度。     

多巴胺处理芳纶对增强天然橡胶复合材料性能的影响

采用磷酸溶液对芳纶纤维进行表面处理,再用多巴胺对纤维进行涂覆,将得到的纤维经过环氧(溶于丙酮溶液中)的浸泡,将处理后的纤维、液体橡胶和天然橡胶制成母炼胶,制备芳纶纤维增强天然橡胶的复合材料。考察了磷酸、多巴胺、环氧对纤维的改性效果及对复合材料力学性能的影响。红外光谱、扫描电镜检测表明芳纶的改性改善了纤维表面与复合材料间的界面粘接,力学性能显示多巴胺、环氧对芳纶纤维的处理使复合材料的力学性能提高,几乎都提高了20%以上。橡胶加工流变性能分析表明不同的改性都增大了复合材料的储能模量和损耗模量,从而改善了纤维与橡胶基体的界面粘合。     

LiCl处理对芳纶纤维表面结构与性能的影响

为提高芳纶纤维与复合材料基体间的界面强度,首先,使用LiCl乙醇溶液处理芳纶纤维一定时间;然后,对LiCl处理芳纶纤维表面的化学组成、微观形貌、单丝拉伸强度及芳纶纤维/环氧树脂复合材料的界面性能等进行了测试分析。结果表明:使用LiCl乙醇溶液处理芳纶纤维后,芳纶纤维表面的含氮官能团含量增加;处理后,芳纶纤维表面有刻蚀出的沟槽,表面粗糙度增大,进而改善了芳纶纤维与环氧树脂基体的界面粘接性能,使芳纶纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度由处理前的21.75 MPa提升到37.98 MPa;最佳处理时间为3~4 h,而处理时间过长会导致芳纶纤维的单丝拉伸强度及复合材料的层间剪切强度下降。所得结论证实使用LiCl处理芳纶纤维是一种有效的表面改性方法。      

超声作用对芳纶纤维表面性质的影响

芳纶纤维表面性质是影响其复合材料界面粘接性能的重要因素。本文作者采用超声技术对芳纶纤维表面进行改性处理,研究了超声作用下,芳纶纤维表面化学组成和表面结构的变化。结果表明:超声处理后,纤维表面极性官能团含量增加,比表面积加大,从而改善了芳纶纤维和环氧树脂之间的浸润性。     

纳米粒子改性环氧树脂及其复合材料力学性能研究

通过机械共混法制备了Al2O3纳米粒子改性环氧树脂基体,研究了纳米粒子含量对改性树脂基体力学性能的影响,并采用紧凑拉伸实验研究了纳米粒子改性环氧树脂的断裂韧性。利用改性树脂制备了玻璃纤维增强复合材料,研究了改性复合材料的力学性能与纳米粒子含量之间的关系。结果表明:纳米粒子的加入明显改善了环氧树脂基体的断裂韧性并且有助于提高树脂与纤维之间的界面粘接强度,因而使改性复合材料的层间性能明显提高而其他力学性能基本不变。     

具有液晶性能的改性芳纶的合成

利用界面聚合法对间位芳纶进行表面接枝改性,制备出新型具有液晶性能的芳纶。采用傅立叶转换红外光谱(FT-IR)对芳纶表面结构进行表征。由扫描电子显微镜(SEM)照片可以看出,改性后的芳纶表面变得粗糙,改性后纤维直径约为20μm。利用差示扫描量热法(DSC)对改性后纤维进行热性能分析,结果表明纤维具有液晶性能,在升、降温过程中的介晶相范围分别为192℃~237℃和147℃~209℃。接枝改性后的芳纶可以增加纤维与基体间的界面粘合性,提高复合材料的力学性能。     

激光改性纤维对其增强环氧树脂复合材料力学性能的影响

利用激光对玻璃纤维、玄武岩纤维和碳纤维进行表面改性后,以环氧树脂为基体,分别制备三种纤维增强环氧树脂复合材料。利用SEM和万能试验机对表面改性前后的碳纤维形态、力学性能及三种纤维/环氧树脂复合材料的力学性能和断面形貌进行表征,研究了纤维激光表面改性对三种纤维及其增强环氧树脂复合材料力学性能的影响。结果表明:激光表面改性对碳纤维/环氧树脂复合材料的力学性能提升最高,其拉伸强度最大提高了77.06%,冲击强度最大提高了31.25%,玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的力学性能提升次之,而玻璃纤维/环氧树脂复合材料的力学性能有所下降。因此,激光进行表面改性适用于碳纤维和玄武岩纤维。     

芳纶纤维表面改性技术及相关机理的研究进展

综述了目前国内外芳纶表面改性的常用方法及研究进展,介绍了芳纶结构对界面粘结性及复合材料力学性能的影响,并对芳纶接枝改性的机理进行了探讨,认为根据分叉纤维模型理论,接枝改性法可以有效提高复合材料性能.     

动态固化环氧树脂对芳纶/天然橡胶复合材料界面的改性

在经磷酸(PA)处理的芳纶(AF)表面上涂覆环氧树脂(EP)和固化剂(2E4MZ),用极性端基液体橡胶(LIR)作为EP与天然橡胶(NR)的相容剂,改善AF与NR的界面,并用母炼胶法制备了AF/NR复合材料。通过与NR和单一用磷酸处理AF的复合材料的性能对比发现,AF经过EP和2E4MZ改性后,AF/NR复合材料的硫化速度和交联程度均提高;拉伸强度、撕裂强度和300%定伸应力都显著增强,且当m(EP)/m(AF)为7/100时最佳。动态力学性能测试(DMA)结果表明,EP/2E4MZ处理AF的天然胶具有更高的储能模量和损耗模量;扫描电镜(SEM)分析表明,AF/NR的拉伸断面粗糙,EP和2E4MZ能改善AF与NR的界面粘接。     

芳纶纤维的磷酸表面处理及其树脂基复合材料界面性能

采取不同浓度的磷酸水溶液对芳纶纤维进行表面处理, 并对不同处理条件下芳纶纤维的单丝强度、表面性质及其环氧树脂复合材料的界面性能进行了分析和测试。结果表明: 20 wt %磷酸溶液处理的芳纶纤维, 纤维表面含氧官能团含量最高; 继续提高磷酸溶液的浓度, 含氧官能团含量下降, 纤维表面趋于平整, 单丝强度上升。用20 wt %磷酸溶液处理芳纶纤维, 纤维/ 环氧树脂基复合材料的层间剪切强度达到62 MPa , 界面剪切强度提高18 % , 是一种简单有效的表面处理方法。纤维表面粗糙度和纤维表面含氧官能团的数量是影响芳纶纤维/ 环氧树脂复合材料界面结合性能的关键因素。