硅烷改性PPTA纖維研究.pdf

1、聚對苯二甲酰對苯二胺（PPTA）纖維是一種高科技纖維。因其具有高強(qiáng)度、高模量、較好的耐高溫和較強(qiáng)的耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)異的性能，而被廣泛應(yīng)用于軍事及國防等領(lǐng)域。但其特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)，賦予了其較高的取向和結(jié)晶度，從而使纖維表面光滑且具有較強(qiáng)的化學(xué)惰性，使纖維表面的浸潤性較差，與樹脂間的粘結(jié)性能也較低，大大限制了其在復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，對PPTA纖維進(jìn)行表面改性成為了必須。本論文主要探究了針對生產(chǎn)線上未經(jīng)干燥的PPTA纖維的硅烷改性。

2、　　本論文首先探究了硅烷處理未干燥PPTA纖維的改性機(jī)理，通過熒光顯微鏡和激光共聚焦顯微鏡觀察用羅丹明標(biāo)記的未干燥PPTA纖維中的微小孔洞結(jié)構(gòu)，通過紫外可見光譜儀定量分析未干燥PPTA纖維對改性劑小分子的吸附量，通過X射線衍射儀和力學(xué)性能測試分析比較了未干燥PPTA纖維和干燥PPTA纖維的結(jié)晶結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的變化。結(jié)果表明：未干燥PPTA纖維含水約40wt％左右，纖維內(nèi)部存在開放的微孔結(jié)構(gòu)，而風(fēng)干后PPTA纖維內(nèi)的微孔部分閉合；超聲5m

3、in時(shí)，風(fēng)干PPTA纖維對0.24wt%BPO溶液中BPO的吸附量約為18mg/g纖維；未干燥PPTA纖維的結(jié)晶度低于成品PPTA纖維的結(jié)晶度，晶粒尺寸較小，而力學(xué)性能僅比成品纖維略低。
　　其次，以特定濃度的硅烷改性溶液對PPTA纖維進(jìn)行表面改性。通過傅里葉紅外光譜（FTIR）、X射線光電子能譜（XPS）、掃描電子顯微鏡（SEM）和原子力顯微鏡（AFM）、X射線衍射（XRD）和力學(xué)性能測試分析比較了改性前后纖維的表面官能團(tuán)和極性

4、元素變化、表面形貌結(jié)構(gòu)、纖維結(jié)晶性能和力學(xué)性能變化。結(jié)果表明：硅烷改性處理后PPTA纖維表面產(chǎn)生了新的官能團(tuán)，表面極性元素相對含量明顯增加，纖維表面粗糙度增加，纖維-樹脂界面粘結(jié)性能得到充分改善，纖維結(jié)晶度略有降低，晶粒尺寸增大，纖維力學(xué)性能略有降低。
　　將改性前后的PPTA纖維包埋環(huán)氧樹脂微滴制成纖維/樹脂微滴狀復(fù)合材料，并對纖維施加一定拉伸應(yīng)力，探究在應(yīng)力作用下微滴內(nèi)纖維軸向的受力分布情況。結(jié)果表明：對于未改性纖維，在未受到

5、應(yīng)力時(shí)，微滴內(nèi)PPTA纖維由于環(huán)氧樹脂固化收縮作用使纖維受力沿纖維軸向分布圖呈現(xiàn)―W‖狀，應(yīng)力增大后，微滴內(nèi)纖維受力分布呈現(xiàn)―U‖形，微滴內(nèi)纖維所受的應(yīng)力會(huì)部分通過界面轉(zhuǎn)移至樹脂基體中；經(jīng)過硅烷改性后的纖維與環(huán)氧樹脂界面應(yīng)力傳遞效果更佳，微滴內(nèi)纖維實(shí)際所受應(yīng)力更小；纖維與微滴樹脂基體的界面剪切應(yīng)力沿纖維軸向呈反對稱分布，改性纖維與環(huán)氧基體界面剪切應(yīng)力在微滴端點(diǎn)處最大，而在微滴中心位置則最小。
　　最后，探究了硅烷改性及高溫?zé)崽幚韺?/p>

6、PPTA纖維抗蠕變性能的影響。結(jié)果表明：硅烷改性PPTA纖維的抗蠕變性能明顯改善，經(jīng)6wt%VTMS處理5min的PPTA纖維，其抗蠕變性能相對于未改性PPTA提高了50%以上；與未改性纖維相比，熱處理后各纖維強(qiáng)度均有一定程度的下降，但纖維模量顯著提高，最佳熱處理?xiàng)l件為350℃處理5min；熱處理后改性纖維的結(jié)晶度提高，晶粒尺寸變大，力學(xué)強(qiáng)度與模量均隨改性溶液濃度的增大而提高；與未改性纖維相比，硅烷改性纖維在適當(dāng)條件熱處理后，其蠕變性能