芳纶纤维表面改性研究
酸性KMnO4条件下芳纶纤维的表面改性研究
Ｓｔ ｙ ｏ ｓ ｆ ｃ ａ ｏ ｆｃ ｔｏ ｆａ ａ ｉ ｆｂｅ ｎ ａ ｉ ｃ ｃ ｎｄ ｔｏ ｓ ｏ ｕｄ ｎ ｕｒ ａ ｉ ｌｍ ｄｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｒ ｍ ｄ ｉ ｉ ｒ ｉ ｃｄｉ ｏ ｉｉ ｎ ｆＫＭ ｎＯ４
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芳纶纤维表面改性及其对芳纶纸力学性能的影响_张素风_豆莞莞_蒋莹莹_万婧_惠兰峰
第３２卷 第５期 陕西科技大学学报 Ｖｏｌ．３２Ｎｏ．５ ２０１４年１０月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｈａａｎｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｏｃｔ．２０１４＊ 文章编号：１０００－５８１１（２０１４）０５－０００１－０４芳纶纤维表面改性及其对芳纶纸力学性能的影响张素风１，豆莞莞１，蒋莹莹１，万 婧１，惠兰峰２（１．陕西科技大学轻工与能源学院陕西省造纸技术及特种纸品开发重点实验室，陕西西安 ７１００２１；２．天津科技大学天津市制浆造纸重点实验室，天津 ３００４５７）摘 要：利用氯磺酸、醋酸酐对芳纶短切纤维进行了改性处理，再用处理后的纤维配抄芳纶纸，探讨了处理工艺对芳纶纸力学性能的影响．结果表明，当氯磺酸浓度为２％，处理时间为１０ｍｉｎ，处理温度为５０℃时，芳纶纸的力学性能较好．用１００％的醋酸酐对芳纶纤维进行处理然后配抄成纸，所得纸张的抗张指数和撕裂指数分别提高了６３．８％和２１．４％．另外，芳纶纤维经过醋酸酐浸泡１ｍｉｎ后再用甲醇处理３ｍｉｎ，芳纶纸的抗张指数和撕裂指数分别提高了８４．７％和３８．４％．关键词：芳纶短切纤维；表面改性；芳纶纸；力学性能中图法分类号：ＴＳ７６１．２ 文献标识码：ＡＭｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａｒａｍｉｄ ｆｉｂｅｒ ａｎｄ ｉｔｓ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ａｒａｍｉｄ ｐａｐｅｒＺＨＡＮＧ Ｓｕ－ｆｅｎｇ１，ＤＯＵ Ｗａｎ－ｗａｎ１，ＪＩＡＮＧ Ｙｉｎｇ－ｙｉｎｇ１，ＷＡＮ Ｊｉｎｇ１，ＨＵＩ Ｌａｎ－ｆｅｎｇ２（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｌｉｇｈｔ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ，Ｓｈａａｎｘｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｐａｐｅｒｍａｋｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄＳｐｅｃｉａｌｔｙ Ｐａｐｅｒ，Ｓｈａａｎｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ′ａｎ ７１００２１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｔｉａｎｊｉｎ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏ－ｒｙ ｏｆ Ｐｕｌｐ ａｎｄ Ｐａｐｅｒ，Ｔｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００４５７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｒａｍｉｄ ｓｈｏｒｔ ｆｉｂｅｒ ｗａｓ ｆｉｒｓｔｌｙ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｗｉｔｈ ｃｈｌｏｒｉｎｅ ａｃｉｄ ｏｒ ａｃｅｔｉｃ ａｎｈｙｄｒｉｄｅｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｔｈｅｎ ｍｉｘｅｄ ｗｉｔｈ ｆｉｂｒｉｄｓ ｔｏ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ａｒａｍｉｄ ｐａｐｅｒａｎｄ ｆｉｎａｌｌｙ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ａｒａｍｉｄ ｐａｐｅｒｗａｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ａｒａｍｉｄ ｐａｐｅｒ ｈａｖｅ ｂｅｔｔｅｒ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｔ ｔｈｅ ｃｈｌｏ－ｒｉｎｅ ａｃｉｄ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ２％，ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｉｍｅ ｏｆ １０ｍｉｎ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ５０℃．Ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｉｎｄｅｘ ａｎｄ ｔｅａｒ ｉｎｄｅｘ ａｒａｍｉｄ ｐａｐｅｒ ｈａｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ６３．８％ａｎｄ ２１．４％ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｗｈｅｎ ｔｈｅ ｆｉｂｅｒ ｗａｓ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｂｙ ａｃｅｔｉｃ ａｎｈｙｄｒｉｄｅ ａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ １００％．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｅｎｓｉｌｅ ｉｎｄｅｘ ａｎｄ ｔｅａｒ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ａｒａｍｉｄ ｐａｐｅｒ ｈａｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ ８４．７％ａｎｄ ３８．４％ｗｈｅｎ ｔｈｅ ａｒ－ａｍｉｄ ｆｉｂｅｒ ｗａｓ ｓｏａｋｅｄ １ｍｉｎ ｉｎ ａｃｅｔｉｃ ａｎｈｙｄｒｉｄｅ ａｎｄ ｔｒｅａｔｅｄ ３ｍｉｎ ｉｎ ｍｅｔｈａｎｏｌ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｒａｍｉｄ ｓｈｏｒｔ ｆｉｂｅｒ；ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ａｒａｍｉｄ ｐａｐｅｒ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ＊收稿日期：２０１４－０７－０８基金项目：陕西省造纸技术及特种纸品开发重点实验室访问学者项目（１２ＪＳ０２４）；陕西科技大学学术带头人团队项目（２０１３ＸＳＤ２４）作者简介：张素风（１９７２－），女，山西洪洞人，教授，博士，研究方向：功能纸基复合材料成形技术、纤维资源高效利用陕西科技大学学报第３２卷０ 引言芳纶纤维是目前世界上耐高温材料中发展最快的一种高性能化学纤维，以其突出的高强度、高模量、耐热性和耐切割等性能，成为高科技产业不可缺少的新材料，在摩擦密封复合材料、轮胎橡胶、建筑、电子通讯领域、生命保护用品、交通运输、超轻结构以及航空、国防等方面都有重要的应用［１－３］．由于芳纶纤维的主链上存在大量的苯环，沿轴向具有高的取向结晶，同时苯环的位阻效应也使得酰胺基团与其他原子或基团很难发生化学反应或其他作用［４］．另外，由于芳纶表面缺少化学活性基团，表面浸润性较差，同时纤维结构中的高结晶度使得纤维表面光滑［５，６］，从而影响其与基体间的粘结性能［７，８］．因此，有必要对芳纶纤维表面进行改性处理来提高纤维表面极性，同时增强芳纶短切纤维与芳纶沉析纤维间的结合力．目前，常用的芳纶纤维表面化学改性方法有表面刻蚀技术和表面化学接枝技术等．表面刻蚀技术主要是通过化学试剂处理芳纶，破坏纤维表面的结晶状态，使其表面层的形貌、结构、极性产生变化，从而粗化纤维表面［９，１０］，提高界面的粘合强度．常用的刻蚀试剂主要有酰氯类（甲基丙烯酰氯［１１，１２］等）、酸碱（乙酸酐［１３］、磷酸［１４］等）．表面化学接枝技术主要是利用化学试剂与芳纶表面进行反应［１５］，将反应活性基团或相容性分子链连接到芳纶分子链上，增加芳纶表面吸附、反应、相容和浸湿作用，达到改善界面粘性的效果．目前发生在苯环上的反应有２类：一类是硝化原反应引入氨基；另一类则是利用氯磺化反应引入氯磺酸基团，以便进一步引入活性基团［９］．本文在两种改性方法的基础上，探究了氯磺酸浓度、处理时间、处理温度对芳纶纤维成纸性能的影响，并简单探讨了醋酸酐处理对芳纶纤维成纸性能的影响．１ 实验部分１．１ 实验原料芳纶短切纤维、芳纶沉析纤维（烟台氨纶股份有限公司提供）；聚氧化乙烯，白色粉末（聚合度４００万，产地日本）；氯磺酸（分析纯，洛阳市化学试剂厂）；乙醇（分析纯，西安化学试剂厂）；醋酸酐（分析纯，西安化学试剂厂）；甲醇（分析纯，西安化学试剂厂）．１．２ 实验方法１．２．１ 配制试剂采用蒸馏水，分别配制质量比浓度为１％、２％、３％、４％、５％的氯磺酸溶液；３０％、５０％及１００％的醋酸酐溶液．１．２．２ 改性方法（１）氯磺酸改性采用单因素实验，在不同浓度的氯磺酸，不同处理时间及不同处理温度条件下对芳纶短切纤维进行处理，然后将处理后的芳纶短切纤维与芳纶沉析纤维进行配抄．通过芳纶纸的性能反应氯磺酸处理浓度、时间及温度对芳纶短切纤维的影响．（２）醋酸酐改性将一定量芳纶短切纤维在不同浓度的醋酸酐溶液中浸泡１ｍｉｎ，洗涤干净后烘干备用．另取一定量芳纶短切纤维，在一定醋酸酐浓度下浸泡１ｍｉｎ，然后用甲醇进行处理，最后将处理芳纶短切纤维洗涤干净，并烘干．１．２．３ 芳纶纸的制备将未改性处理及改性处理的芳纶短切纤维与芳纶沉析纤维进行按质量比３∶２进行配比，抄造定量为５０ｇ·ｍ－２的芳纶原纸．抄纸过程中加入分散剂ＰＥＯ，用量为０．１２％（相对于芳纶原纸质量）．最后采用三辊热压机对芳纶原纸进行热压，热压工艺条件为：辊速２ｍ·ｍｉｎ－１，压力１４０ｂａｒ，温度２４０℃，热压次数３次．１．２．４ 性能检测芳纶纸经恒温恒湿处理后，按国家标准检测方法测定抗张强度、撕裂强度等性能．２ 结果与讨论２．１ 氯磺酸对芳纶纤维的化学改性用氯磺酸处理芳纶纤维，氯磺酸中的氯磺酰基（－ＳＯ２Ｃｌ）可取代苯环上的氢，即在纤维表面引入－ＳＯ２Ｃｌ基团，随后与含有反应活性官能团（如－ＮＨ２、－ＮＨＮＨ２、－ＯＨ等）的反应物反应，从而在芳纶表面接枝上极性基团［１６］，进而提高纤维表面粘性．影响氯磺酸改性效果的因素主要有氯磺酸浓度、处理时间和处理温度．因此，采用单因素实验，并与未改性的芳纶纸进行对比，探讨氯磺酸改性对芳纶纤维成纸性能的影响．２．１．１ 氯磺酸浓度对芳纶纸性能的影响采用１％，２％，３％，４％，５％的不同浓度的氯磺酸溶液在３０℃下对芳纶短切纤维进行处理，处理时间１０ｍｉｎ，再将处理过的短切纤维用乙醇浸·２·第５期张素风等：芳纶纤维表面改性及其对芳纶纸力学性能的影响泡１ｈ．然后将处理后的芳纶短切纤维与芳纶沉析纤维按照确定的芳纶纸成形工艺进行配抄并进行热压处理，制得定量为５０ｇ·ｍ－２的芳纶纸．不同浓度氯磺酸对芳纶纸力学性能的影响如图１所示．图１ 氯磺酸浓度对芳纶纸力学性能的影响由图１可看出，当氯磺酸的浓度由０％增加到２％时，芳纶纸的抗张强度及撕裂强度均随着氯磺酸浓度上升而提高，在浓度为２％时芳纶纸的抗张指数及撕裂指数达到最高．比未经氯磺酸处理时，有明显提高．这主要是因为氯磺酸中的氯磺酰基（－ＳＯ２Ｃｌ）先取代苯环上的氢，再与乙醇进行反应，从而在芳纶表面接枝上极性基团，提高了短切纤维表面的粘性，使得短切纤维与沉析纤维间的结合增强，进而提高了芳纶纸的力学性能．当氯磺酸的浓度由２％增加到３．５％左右时，随着氯磺酸浓度的上升，芳纶纸的抗张指数及撕裂指数反而下降．这可能是因为芳纶表面发生氯磺化反应的同时，芳纶的内部结构遭到了一定的破坏，导致芳纶纤维的强度下降，进而影响到了纸张的强度．随着氯磺酸浓度的继续增加，芳纶纸的强度又有所提高，主要是因为芳纶纤维内部结构破坏的程度相对严重，但这又为短切纤维和沉析纤维提供了更多的结合点，因此纸张的强度有所提高．２．１．２ 氯磺酸处理时间对芳纶纸性能的影响采用２％的氯磺酸在３０℃下对芳纶短切纤维进行处理，处理时间分别为３ｍｉｎ，６ｍｉｎ，９ｍｉｎ，１２ｍｉｎ，１５ｍｉｎ，１８ｍｉｎ，再使用乙醇处理１ｈ．然后按照确定的芳纶纸成形工艺进行配抄并进行热压处理，最后检测芳纶纸的力学性能．氯磺酸处理时间对芳纶纸力学性能的影响见图２．由图２可知，随着氯磺酸处理时间的增加，芳纶纸的抗张指数基本呈上升后下降的趋势．当处理时间为１２ｍｉｎ时，芳纶纸的抗张指数最大，为３８．５７Ｎ·ｍ·ｇ－１．撕裂指数则随着处理时间的变图２ 氯磺酸处理时间对芳纶纸力学性能的影响化呈先上升再下降后上升的趋势，当处理时间为９ｍｉｎ时，纸张具有最大的撕裂指数，为４０ｍＮ·ｍ２·ｇ－１．综合两者的变化，选取处理时间１０ｍｉｎ作为最佳处理时间．此时，相比未经处理的芳纶纤维所得的芳纶纸，纸张的抗张强度和撕裂强度分别大约提高了９％和５５％．分析芳纶纸抗张指数及撕裂指数变化的原因，主要是因为氯磺酸具有极强的反应性及腐蚀性，随着作用时间的延长，不仅芳纶表面发生氯磺化反应而且芳纶的内部结构遭到了破坏，处理时间越长，内部结构破坏的越严重，芳纶纤维的剪切强度下降的越多，从而导致芳纶纸的抗张指数及撕裂指数出现下降趋势．但是，当处理时间继续增加时，芳纶纤维内部结构破坏到一定程度时，纤维细纤化现象越严重，从而导致芳纶短切纤维与芳纶沉析纤维间的接触点增多，从而导致芳纶纸的撕裂指数重新增加．２．１．３ 处理温度对芳纶纸性能的影响在确定的氯磺酸浓度及处理时间的基础上，在３０℃，４０℃，５０℃，６０℃，７０℃温度下分别对芳纶短切纤维进行处理，再使用乙醇处理１ｈ．然后抄造成纸，热压，最后检测纸张的性能．处理温度对芳纶纸力学性能的影响如图３所示．图３中２５℃处所对应的数据为未改性时芳纶纸的抗张指数及撕裂指数．由图３可看出，处理温度为３０℃～５０℃时，芳纶纸的抗张指数不断增加．温度为３０℃～４０℃时，纸张的撕裂指数在上升．在一定温度范围内，相比未经处理的芳纶纸，纸张的力学性能均有所提高．分析抗张指数及撕裂指数上升的原因，可能是随着温度的升高，氯磺酸的活性增加，与短切纤维间的取代反应增加，从而导致短切纤维的粘性得到提高，与沉析纤维间的结合增强，最终导致纸张的抗张强度增加．随后，随着处理温度的上升，纸张的抗张指数及撕裂指数下降，·３·陕西科技大学学报第３２卷图３ 处理温度对芳纶纸力学性能的影响可能是因为温度越高，氯磺酸与芳纶纤维间的反应越剧烈，纤维内部结构破坏越严重，导致纤维的强度急剧下降，进而使得纸张的力学性能下降．２．２ 醋酸酐处理对芳纶纸性能的影响２．２．１ 醋酸酐浓度对芳纶纸性能的影响分别用３０％，５０％和１００％的醋酸酐在室温下浸泡芳纶短切纤维１ｍｉｎ，然后与芳纶沉析纤维按一定的质量比例进行配抄并进行热压处理，所得芳纶纸的性能指标如表１所示．从表１可以看出，与未处理的芳纶纤维配抄纸页相比，经醋酸酐处理过的芳纶纤维配抄纸页在抗张指数和撕裂指数上均有所提高，其中用１００％的醋酸酐处理的效果更为明显，其抗张指数和撕裂指数分别提高了６３．８％和２１．４％．表１ 不同浓度的醋酸酐对芳纶成纸性能的影响醋酸酐浓度／％抗张指数／（Ｎ·ｍ·ｇ－１）撕裂指数／（ｍＮ·ｍ２·ｇ－１）０ ３０．６９ ２２．４３０ ４７．９２ ２５．６５０ ５０．２７ ２６．６１００ ５６．２６ ２７．２ 醋酸酐作为一种表面刻蚀溶剂，它一方面可以使芳纶纤维表面含氧量增大［１３］，从而增大纤维与沉析纤维间的润湿和结合．另一方面，它破坏了芳纶纤维表面的聚集态结构，使纤维表面粗糙化，这可能会影响其与芳纶沉析纤维间的接触区域的结合力．芳纶短切纤维粗糙程度的增加对于增加芳纶纸的抗张强度及撕裂度十分有益，因为更大的粗糙度可以提供更多的接触点，以及更大的结合力，从而改善材料的界面性能［１４］．２．２．２ 甲醇洗涤时间对芳纶成纸性能的影响直接使用醋酸酐改性过的芳纶短切纤维，短切纤维表面会残留较多的醋酸酐，这些醋酸酐的存在会影响芳纶纸的性能．采用甲醇洗涤醋酸酐处理过的芳纶短切纤维，可较好除去残留的醋酸酐．在确定醋酸酐浓度的基础上，探讨了甲醇后处理时间对芳纶纸力学性能的影响．所得芳纶纸性能指标如表２所示．表２ 甲醇洗涤时间对芳纶成纸性能的影响处理时间／ｍｉｎ抗张指数／（Ｎ·ｍ·ｇ－１）撕裂指数／（ｍＮ·ｍ２·ｇ－１）０ ３０．６９ ２２．４１ ５６．２６ ２７．２３ ５６．６８ ３１．０１０ ４５．６８ １９．２ 由表２可看出，芳纶纤维经过醋酸酐浸泡１ｍｉｎ后再用甲醇处理３ｍｉｎ可以显著改善芳纶纸的抗张指数和撕裂指数．但如果洗涤时间过长，反而会降低芳纶纸的抗张指数和撕裂指数，这可能是由于长时间的甲醇处理，使得纤维与甲醇在残留的醋酸酐作用下发生醇解反应，从而导致纤维的强度下降，进而导致芳纶纸的力学性能下降．依据上述分析，以芳纶纸页抗张强度和撕裂强度的变化为依据，应该选取浓度为１００％的醋酸酐浸泡１ｍｉｎ后再用甲醇洗涤３ｍｉｎ．３ 结论（１）利用氯磺酸对芳纶纤维进行改性时，氯磺酸浓度、处理时间及处理温度都对芳纶纸的力学性能有影响．当氯磺酸浓度为２％，处理时间为１０ｍｉｎ，处理温度为５０℃时，芳纶纸的力学性能较好．（２）用１００％的醋酸酐对芳纶纤维进行处理然后配抄成纸，所得纸张的抗张指数和撕裂指数分别提高了６３．８％和２１．４％．另外，芳纶纤维经过醋酸酐浸泡１ｍｉｎ后再用甲醇处理３ｍｉｎ，芳纶纸的抗张指数和撕裂指数分别提高了８４．７％和３８．４％．参考文献［１］张素风，刘 文，张美云．芳纶表面化学改性技术研究现状［Ｊ］．合成纤维工业，２０１０，３３（２）：４８－５１．［２］Ｙ Ｗｕ，Ｊ Ｃ Ｓｅｆｅｒｉｓ，Ｌ Ｖｉｎｃｅｎｔ．Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｓ ｏｆ ａｎ ａｒａｍｉｄ ｆｉ－ｂｅｒ ｉｎ ｎｏｎｗｏｖｅｎ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｆｏｒ ｈｏｎｅｙｃｏｍｂ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００２，８６（５）：１ １４９．［３］张素风，朱光云，刘 文，等．芳纶纤维表面改性对黏附功与成纸强度性能的影响［Ｊ］．中华纸业，２０１１，３３（１８）：４３－４７．［４］厉世能，顾嫒娟，梁国正．芳纶纤维表面改性的研究进展［Ｊ］．化工新型材料，２０１２，４０（４）：１－３．［５］周雪松，王习文．芳纶纤维分散性能的研究［Ｊ］．造纸科学与技术，２００４，２３（６）：４６－４９．（下转第９页）·４·第５期王志杰等：造纸法烟草薄片脆性的评价方法性的一种客观方法．（２）撕裂测试时正峰个数与含水率的相关系数大于拉伸测试时Ｂ值与含水率的相关系数，所以撕裂测试时样品的正峰个数比拉伸测试时的Ｂ值更适合评价造纸法烟草薄片的脆性．（３）撕裂测试时四种国产烟草薄片的正峰个数与其手感脆性一致，用质构仪能够评价和区分各类国产造纸法烟草薄片的脆性．参考文献［１］陈祖刚，蔡 冰，王建新，等．国内外造纸法薄片工艺与品质比较［Ｊ］．烟草科技，２００２，４６（２）：４－５．［２］邝仕均．用Ｊ值评价纸张脆性［Ｊ］．中国造纸，１９８８，２０（４）：７－１１．［３］邝仕均．纸张脆性等强度性质与半纤维素含量的关系［Ｊ］．中国造纸学报，１９９０，５：９８－１１０．［４］刘 毅，刘健平．纸张脆裂度测定方法小结［Ｒ］．北京：轻工业部造纸研究所，１９７８．［５］张东成，叶晓春，彭毓秀，等．纸张脆性评价方法研究［Ｊ］．中国造纸，１９９３，２５（５）：２８－３４．［６］程学勋．质构仪及其在食品研究中的应用简介［Ｊ］．广东化工，２０１２，３９（９）：１６４－１６５．［７］姜 松．韧性饼干脆性评价方法的研究［Ｊ］．食品科学，２０１０，３１（１５）：６０－６３．［８］李春红，潘家荣，张 波．物性测试仪对休闲食品酥脆性的测量［Ｊ］．现代科学仪器，２００８，２５（６）：５９－６２．［９］胡亚云．质构仪在食品研究中的应用现状［Ｊ］．食品研究与开发，２０１３，３４（１１）：１０１－１０４．［１０］张玉海，邓国栋．烟叶粘黏强度的测定方法［Ｐ］．中国：１０２０６２７２０Ａ，２０１１－０５－１８．［１１］邓国栋，张玉海．烟叶穿刺强度的测定方法［Ｐ］．中国：１０２５８９９６７Ａ，２０１２－０７－１８．［１２］韩 明，王建民．一种用于烟叶脆性的检测方法［Ｐ］．中国：１０３４２４２９５Ａ，２０１３－１２－０４．［１３］张玉海，常纪恒，邓国栋，等．造纸法再造烟叶剪切力分析［Ｊ］．烟草科技，２０１３，５７（１１）：８－１０．［１４］李庆芬．断裂力学及其工程应用［Ｍ］．哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，１９９８：檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯５－８．（上接第４页） ［６］Ｌｉｎ Ｔ Ｋ，Ｗｕ Ｓ Ｊ，Ｌａｉ Ｊ Ｇ，ｅｔ ａｌ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｃｈｅｍｉｃａｌｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｎ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ／ｍａｔｒｉｘ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｋｅｖｌａｒｆｉｂｅｒ／ｂｉｓｍａｌｅｉｍｉｄｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｏｓ Ｓｃｉ Ｔｅｃｈｎｏｌ，２０００，６０（９）：１ ８７３－１ ８７８．［７］严志云，刘安华，贾德民．芳纶纤维的表面处理及其在橡胶工业中的应用［Ｊ］．橡胶工业，２００４，５２（１）：５６－６０．［８］Ｌｅｅ Ｓ Ｐ，Ｃｈｉａｎ Ｋ Ｓ，Ｍｕｌｌａｒｋｙ Ｒ Ｈ．Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｂｒｏｍｉｎａｔｉｏｎａｎｄ ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｏｎ ｔｈｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｎ－ｓｉｌｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｋｅｖｌａｒ ２９ｆｉｂｒｅｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅ Ｌｅｔｔｅｒｓ，１９９４，１３（３）：３０５－３０９．［９］凌新龙，周 艳，黄继伟，等．芳纶纤维表面改性研究进展［Ｊ］．天津工业大学学报，２０１１，３０（３）：１１－１８．［１０］金 辉，王一雍．芳纶纤维表面改性技术及相关机理的研究进展［Ｊ］．化工新型材料，２００９，３７（３）：２４－２６．［１１］Ａｎｄｒｅｏｐｏｕｌｏｓ Ａ Ｇ．Ａ ｎｅｗ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ａｇｅｎｔ ｆｏｒ ａｒａｍｉｄ ｆｉ－ｂｅｒｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９８９，３８（６）：１ ０５３－１ ０６４．［１２］Ｔａｒａｎｔｉｌｉ Ｐ Ａ，Ａｎｄｒｅｏｐｏｕｌｅｓ Ａ Ｇ．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ ｅｐｏｘｉｅｓ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｗｉｔｈ ｃｈｌｏｒｉｄｅ ｔｒｅａｔｅｄ ａｒａｍｉｄ ｆｉｂｅｒｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９７，６５（２）：２６７－２７６．［１３］Ｙｕｅ Ｃ Ｙ，Ｐａｄｍａｎａｂｈａｎ Ｋ．Ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｎ ｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｋｅｖｌａｒ ｆｉｂｅｒ／ｅｐｏｘｙ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．Ｃｏｍ－ｐｏｓｉｔｅｓ：Ｐａｒｔ Ｂ，１９９９，３０：２０５－２１７．［１４］李 涛，赵会芳，张美云．芳纶纤维表面改性及其对芳纶纸物理性能的影响［Ｊ］．陕西科技大学学报（自然科学版），２０１３，３１（５）：２３－２７．［１５］刘克杰，杨文良，彭 涛，等．芳纶表面改性技术进展（二）———化学改性方法［Ｊ］．合成纤维，２０１１，４２（７）：２６－３１．［１６］刘 丽，张 翔，黄玉东，等．芳纶表面及界面改性技术的研究现状及发展趋势［Ｊ］．高科技纤维与应用，２００２，２７（４）：１２－１７．·９·。
关于芳纶纤维改性和芳纶纤维增强复合材料用树脂基体的研究
关于芳纶纤维改性和芳纶纤维增强复合材料用树脂基体的研究芳纶纤维是一种由芳香族环和酰胺基组成的高性能纤维，具有良好的力学性能、耐热性、耐化学性和耐磨性。
但是，芳纶纤维的表面性质使其与树脂基体之间的粘结力较弱，且芳纶纤维与树脂基体的界面相容性差。
为了克服这些问题，研究人员对芳纶纤维进行了改性，并将其与树脂基体制备成芳纶纤维增强复合材料。
芳纶纤维的改性主要包括表面改性和化学改性两种方法。
表面改性主要是通过表面处理剂来提高芳纶纤维与树脂基体之间的粘结力，其中常用的表面处理剂有硅烷偶联剂、锡酸酯、聚酰胺胺等。
这些表面处理剂可以增加纤维表面的活性基团，从而使纤维与树脂基体之间的粘结力增强。
化学改性则是通过改变芳纶纤维分子结构来提高其与树脂基体之间的粘结力。
常见的化学改性方法包括芳纶纤维的氧化、酰化和覆有活性金属等。
芳纶纤维增强复合材料的树脂基体一般选择环氧树脂、酚醛树脂和聚酰亚胺等，这些树脂具有较好的高温稳定性和力学性能。
在制备过程中，首先将芳纶纤维浸渍于树脂基体中，然后通过热固化或化学固化使树脂基体固化成型。
通过这种方式，芳纶纤维和树脂基体可以有效地结合在一起，形成一种具有高强度和高耐热性的材料。
芳纶纤维增强复合材料的研究主要围绕着改善纤维-基体界面粘结、提高材料的力学性能和耐热性等方面展开。
研究人员发现，通过表面处理剂的添加可以有效提高芳纶纤维与树脂基体之间的粘结强度，并且改善界面相容性。
此外，通过优化纤维体积分数和纤维布置方式，可以进一步提高复合材料的力学性能。
同时，研究人员也开展了对芳纶纤维增强复合材料的热性能、耐化学性等方面的研究。
总之，芳纶纤维改性和芳纶纤维增强复合材料的研究在提高材料的力学性能、耐热性和耐化学性方面取得了很大的进展。
随着科学技术的不断发展，相信这一领域的研究将会进一步完善，并应用于更广泛的领域中。
杂环芳纶纤维及其表面改性
第 ２期
２Ｏ Ｏ ６年 ６月
纤
维
复
合
材
料
Ｎｏ ２ ． ５ｌ
ＦⅡＩ ＥＲ Ｃｏ Ｍ田 ｏ ＳＩ Ｓ １
Ｊｎ．２ Ｏ ｕ ，Ｏ ６
杂 环 芳 纶 纤 维 及 其 表 面 改 性
周 玉玺 ， 曾金 芳 ， 王
摘 要
斌
（ 西安 航天复合材料研究所 ， 西安 ７０２ ） １０５
Ｋ Ｗ ＯＲＤ ＥＹ Ｓ ａ ｔ Ｃｆ ｒ； ｒｄ ｃｉｎ ｐｏ ｅｓ ｓ ｃｕｅ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅ ｓｒ ｃ ｄｆ ａｉ ｐｌ ｂｅ ｐｏｕ ｔ ｒｃｓ ；￣ ｔｒ ； ｅｆ ｍａ ｃ ；ｕｆ ｅｍｏ ｉｃｔ ｎ ｆ ｉ ｌ Ｏ ｏ ｏ ａ ｉ ｏ
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纺 丝用 聚合 物 溶 液 经 过 混 合 、 滤 和 脱泡 三 道 过 经 典工序 制得 ， 浓度 一 般 控 制在 ５ ～６ 。为 了使 ％ ％ 聚合 物溶 液 中含有 极 少 的杂 质 和 凝 胶 颗粒 ， 产过 生 程 中需要 对合 成 的低 聚 物 、 泡前 和 纺 丝 前 的 聚 合 脱 物 溶液进 行 过滤 ， 目的是保 证生 产过 程 的稳定性 。
Ａ ｆＦ ＣＴ Ｉ ｉ ｐ ｐ ｒ ｅｒｖｅ ｐ ｌ ａｉ ｎ ｓａｃ ｒｇｅｓｏ ｐ ｃｆ ｅ ｒｄ ｃｄ ｉ Ｒ ｓｉ Ｂ ＲＡ ｎｔ ｓ ａ ｅ ，ｗ ｅ ｉｗ ａｐｉ ｔ ｎａ ｄｒ ｅ ｒｈｐｏｒｓ ｆＡ ｍｏ ｂ ｒ ｏ ｕｅ ｎ ｕｓａ ｎ ｌｄｎ ｅｐｏ ｈ ｃ ｏ ｅ ｉ ｐ ｎ，ｉｃｕ ｉｇｔ ｒ— ｈ
芳纶纤维表面改性研究
芳纶纤维表面改性研究进展摘要：分析了芳纶纤维目前存在的问题，综述了芳纶的各种改性技术进展，包括表面涂层、化学改性、物理改性等，并展望了芳纶纤维改性技术的发展前景。
关键词：芳纶纤维；表面改性；表面涂层；化学改性；物理改性Progress in surface modification ofAramid fibersAbstract：The present problems of aramid fibers were analyzed，and the progress in the modification of aramid fibers wasreviewed。
The methods of modification include coating，chemical-modification，physical-modification，and soon。
The trends of development in the modification of aramid fibers were pointed out。
Key words：Aramid fibers；surface modification；coating；chemical-modification；physical-modification芳纶是目前世界上发展最快的一种高性能化学纤维，它是由美国杜邦公司最先开始研制的。
其聚合物大分子的主链由芳香环和酰胺键构成，且其中至少85%的酰胺键直接键合在芳香环上，每个重复单元的酰胺基中的氮原子和羰基均直接与芳香环中的碳原子相连，并且置换其中一个氢原子的聚合物称为芳香聚酰胺树脂，由它纺成的纤维总称为芳香聚酰胺纤维，我国定名为芳纶[1]。
自20世纪70 年代初，芳纶在美国核潜艇“三叉戟”C4潜地导弹的固体发动机壳体上应用以来，芳纶现在已经被广泛应用在很多行业。
据统计，用于防弹衣、头盔等约占7%~8%；航空航天材料和体育材料约占40%；轮胎和胶带骨架等约占20%；高强绳索等约占13%[2]。
芳纶纤维表面改性研究
芳纶纤维表面改性研究摘要本文旨在研究芳纶纤维表面的改性.主要采用化学改性、物理改性和物理化学改性的方法来实现对芳纶纤维表面性能的改善。
首先介绍了芳纶纤维的结构和性能，其次，对芳纶纤维表面改性的常用方法进行了阐述和分析并给出了结论。
最后，以及未来芳纶纤维表面改性领域的研究方向进行了探讨和展望。
关键词：芳纶纤维，表面改性，化学改性，物理改性，物理化学改性IntroductionAramid fiber has unique properties such as super strength, heat resistance, light weight and high modulus, so it is widely used in various fields such as the aviation, military, medical and energy industries. Therefore, the improvement of the surface properties of aramid fiber is of great significance. At present, the surface modification of aramid fiber mainly adopts chemical modification, physical modification and physical-chemical modification, which can improve the hydrophilicity, flame retardancy and dyeing fastness of aramid fiber.Chemical modificationPhysical modificationPhysical-chemical modificationThe physical-chemical modification of aramid fiber mainly includes laser modification and γ-ray modification. Laser modification of aramid fiber can produce a variety of functional groups on the surface of aramid fiber, thus improving the hydrophilicity of aramid fiber. γ-ray modification of aramid fiber is a kind of functional modification method. γ-ray modification can reduce the crystallinity and glass transition temperature of aramid fiber, thus improving the hydrophilicity and flame retardancy of aramid fiber.Conclusion。
关于芳纶纤维改性和芳纶纤维增强复合材料用树脂基体的研究
关于芳纶纤维改性和芳纶纤维增强复合材料用树脂基体的研究摘要:芳纶纤维与各种树脂制成高性能复合材料广泛应用于航天、国防、汽车等行业，由于芳纶纤维具有高结晶度、表面化学活性基团少等缺点，使复合材料出现层间剪切强度、横向拉伸强度等性能较低等缺点，限制了复合材料性能的发挥及其应用领域的推广。
芳纶纤维复合材料研究，集中在对芳纶纤维表面进行物理的、化学方面的改性处理以及合适树脂基体的选择。
本文对这两个方面进行了总结，并提出了相关展望。
关键词:芳纶纤维复合材料改性树脂基体1前言1.1芳纶的定义芳纶是一种高科技纤维,它的全称为“芳香族聚酰胺纤维”,它具有优良的力学性能,理想的机械性质和稳定的化学性质理想的机械性质。
由芳香环和酰胺键构成了聚合物大分子的主链,且其中至少86%的酰胺基直接键合在芳香环上,每个重复单元的酰胺基中的氮原子和羰基均直接与芳香环中的碳原子相连接并置换其中的一个氢原子,我国将其定名为芳纶。
它包括全芳族聚酰胺纤维和杂环芳族聚酰胺纤维2大类,全芳族聚酰胺纤维主要包括对位的聚对苯二甲酰对苯二胺和聚对苯甲酰胺纤维、间位的聚间苯二甲酰间苯二胺和聚间苯甲酰胺纤维、共聚芳酰胺纤维以及如引入折叠基、巨型侧基的其它芳族聚酰胺纤维;杂环芳族聚酰胺纤维是指含有氮、氧、硫等杂质原子的二胺和二酰氯缩聚而成的芳论,如有序结构的杂环聚酯胺纤维等。
由于聚对苯二甲酰对苯二胺（对位芳纶，其产品有Kevlar，Twaron，国产芳纶II）是中国市场上应用最广的芳纶，本文中芳纶均指对位芳纶。
1.2芳纶纤维的应用纤维增强树脂基复合材料因有比强度高、比模量大、比重小等特点,而得到广泛应用。
先进复合材料的增强材料有碳纤维、硼纤维、超高分子量聚乙烯纤维和芳纶纤维。
芳纶纤维具有模量高、强度大以及耐热性和化学稳定性等特点,与金属和碳纤维相比,具有更低的介电常数[1],芳纶纤维与各种树脂制成高性能复合材料广泛应用于航天航空、电子信息等领域,且在轮胎、胶管、弹道以及热保护产品、工程塑料方面有广泛的应用。
芳纶纤维的研究现状及其发展
芳纶纤维的研究现状及其发展芳纶纤维，又称为芳纶聚酰胺纤维。
它是一种由聚芳酰胺（aramid）所制成的纤维，具有高强度、高模量、优异的耐热性、抗腐蚀性和耐磨损性等特点。
芳纶纤维广泛应用于防弹材料、防护服装、绝缘材料、航空航天、车辆制造、电子产品和船舶等领域。
现将芳纶纤维的研究现状及发展进行概述。
1.纤维性能的研究：芳纶纤维的研究主要集中在纤维的性能改进和新型纤维的开发上。
近年来，研究人员通过改变芳纶纤维的纺丝工艺和化学结构，提高了其耐热性、力学性能和抗水解性。
同时，研究人员也致力于探索新型芳纶纤维，如改性芳纶纤维、混合纤维和纳米芳纶纤维，以满足不同领域的需求。
2.工艺技术的研究：芳纶纤维的制备过程中，纺丝、拉伸和后处理工艺对纤维性能具有重要影响。
目前，纺丝工艺主要有湿法纺丝法和干法纺丝法。
研究人员通过改变纺丝参数、纺丝溶液组成和纺丝设备，提高了纤维的拉伸性能和热稳定性。
同时，后处理技术也得到了广泛研究，如热固定、改性膜法和表面功能化等，以进一步提高芳纶纤维的性能。
3.应用研究的进展：芳纶纤维在防护领域的应用得到了广泛关注。
特别是在防弹材料和防护服装领域，芳纶纤维展现出了出色的性能。
研究人员对纤维的防弹性能进行了深入研究，并开发了具有更高防护能力的芳纶纤维复合材料。
此外，芳纶纤维在航空航天、车辆制造和电子产品等领域也有广泛应用的前景。
4.环境友好型纤维的研究：在当前环保意识不断增强的背景下，研究人员开始关注环境友好型芳纶纤维的研究。
他们利用可再生资源和新型合成方法，开发出低能耗、低排放的纤维制备技术，减少对环境的影响。
此外，研究人员还致力于研发可生物降解的芳纶纤维，以解决纤维废弃物对环境造成的问题。
总的来说，芳纶纤维的研究现状和发展趋势呈现出多样性，包括纤维性能的改进，工艺技术的研究，应用研究的进展和环境友好型纤维的研发。
随着科学技术的不断进步和需求的不断增长，芳纶纤维有望在更多领域得到广泛应用。
芳纶纤维表面处理简介
虽然芳纶纤维具有很多优异的性能，但是它的表面活性基团少，活性低，使得芳纶纤维和基体材料结合的不好，限制了它的应用，因此，对芳纶进行预处理，显得尤为重要，芳纶纤维改性后，表面大分子链排列规则性变差并且在表面生成一些活性官能团，例如C=O、-OH、-COOH和NH2等。
这些官能团可以与基体材料发生化学反应或生成氢键，从而达到改善复合材料界面性能的目的。
一、芳纶纤维的表面处理方法及效果1.1 物理法物理法包括：表面涂层、高能射线辐照、等离子改性、超声浸渍等。
表面涂层是指在纤维表面涂覆一层有机物，该有机物涂层与纤维和基体均有较好的相容性，作为纽带增加芳纶纤维与基体的结合力。
高能射线辐照改性是指通过高能射线的辐照，使芳纶表面化学官能团增加或接枝上其他化学物质。
高能射线辐照包括：γ射线辐照、X射线辐照等。
分别在氮气和空气的氛围中，用γ射线辐照Armos纤维，在600KGY的辐照强度下得到了最佳的辐照效果。
通过X射线光电子能谱、XRD、扫描电镜、原子力显微镜对改性前后Armos纤维的表面元素、晶型、表面形貌进行了表征，并测试了辐照前后Armos纤维/环氧树脂的界面剪切强度和单丝拉伸强度。
发现，辐照后，Armos 纤维表面的氧元素含量增加，在空气氛围中，O/C比由0.206增加到了0.258，在氮气氛围中，增加到了0.254；辐照前后，Armos纤维晶型未发生明显变化；改性后，Armos纤维表面生成很多沟槽，粗糙度明显增加；改性后，Armos 纤维/环氧树脂的界面剪切强度由60.59MPa分别增加到了70.1MPa（空气氛围中）和71.3MPa（氮气氛围中），分别提高了15.8%和17.7%；但是，Armos纤维的单丝拉伸强度有所降低。
等离子体改性分为冷等离子表面改性和等离子体表面接枝，冷等离子表面改性是在电场的作用下使电场中的稀薄气体加速运动发生碰撞而形成离子、电子、激发态或亚稳态，这些高能粒子轰击材料表面，引起材料表面的化学键打开，生成自由基，这些自由基相互作用进而在材料表面生成各种极性基团，可与复合材料基体发生化学反应或形成氢键，从而改善纤维与基体的界面性能。
芳纶纤维表面改性技术对其界面性能的影响
有机纤维…． 但是这种 纤维表 面结晶度较高 ， 惰 性较强 ． 当其与树脂基体复合时 ， 两相界面结合强
其浸润性和芳纶／ 环氧复合材料界面性能的影响．
度较弱． 因此． 普遍把研究重点放在改变纤维表面 状态、 提高纤维表面极性基团的数 目及改善界面 １ 实验 ． 性能的 目的上． 目前 ． 芳纶纤维表面的处理技术主 １１ 原 材 料 本实验采用 的芳纶 纤维 为美 国 Ｄ ｂｎ公 司 ｕａ 要有化学 改性 】 和等离 子改性 技术［ ． ４ 化学 ］
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第２ ２卷 第３ 期
哈尔滨师范大学 自然科学学报
ＮＡＴ ＵＲＡ Ｃ Ｅ ＥＳＪ Ｉ ＡＬ ＯＦ ＨＡＲＢ Ｎ Ｌ Ｓ Ｉ ＮＣ ＯＵ Ｉ ＮＯＲ ＭＡＬ Ｕ ＶＥ Ｉ ＮＩ ＲＳＴＹ
Ｖ １ ２ Ｎ ． ２０ ｏ ２ ． ｏ３ ０６ ．
收稿 日期 ： ｏ — ２ １ ２ ６ ０ —１ ０
１３ 芳纶 纤维表 面 分析 ．
采用 Ｓｉａｚ Ｓ Ａ７０型 ｘ一 ｈ ｄｕＥ Ｃ ５ ｍ 射线光 电子
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第 ３期
芳纶纤维表面改性技术对其界面性能的影响
能谱（ Ｐ ） Ｘ Ｓ 仪测试改性前后芳纶纤维表面元素组
用丙酮清洗干净后将纤维束沿平行长度方 向穿人
管内． 并使纤维一端露出管端面 ｌｒ ｌ ｌ， ｎ 纤维填充 Ｔ 率为 ５ ％． ０ 将纤维端面浸入 环氧树脂溶 液中， 记
录纤维吸附量和达到平衡 吸附量的时间． １５ 芳 纶／ 氧复 合材 料界 面性能 测试 ． 环 将试样裁 成长 ｘ ×厚为 ２ ． ｌ × ． 宽 ０ ０ ｒｌ ６ ５ ｎｌ
润性的影响 ， 为提 高芳纶／ 环氧复合材料的界面性能提供 了依据．
对位芳纶纤维的表面物理改性研究进展
对位芳纶纤维的表面物理改性研究进展【摘要】对位芳纶纤维是一种重要的工程材料，其表面物理改性研究是当前研究的热点之一。
本文从表面改性的研究方法、改性剂的选择与作用机理、改性效果及表征方法、表面物理改性对位芳纶纤维性能的影响以及新型表面改性技术在位芳纶纤维上的应用等方面进行了综述。
研究发现表面物理改性可以显著改善位芳纶纤维的性能，提高其机械性能和耐热性。
未来的发展趋势应该注重新型表面改性技术的应用和对表面改性效果的深入研究，以进一步提升位芳纶纤维的性能和拓展其应用领域。
表面物理改性对位芳纶纤维的研究具有重要的实际意义和应用前景。
【关键词】对位芳纶纤维、表面物理改性、研究方法、改性剂、作用机理、改性效果、表征方法、性能影响、新型技术、发展趋势、研究方向、结论总结。
1. 引言1.1 对位芳纶纤维的表面物理改性研究进展对位芳纶纤维是一种在材料科学领域具有重要应用前景的高性能纤维材料。
其具有良好的耐高温、耐化学腐蚀和高强度等优异性能，因此在航空航天、汽车制造、纺织等领域得到广泛应用。
对位芳纶纤维的表面性质直接影响到其在各个领域的应用性能。
对位芳纶纤维的表面物理改性研究备受关注。
表面物理改性是通过改变纤维表面的物理性质，以改善纤维在实际应用中的性能和稳定性。
目前，针对对位芳纶纤维的表面物理改性研究主要集中在表面处理方法、改性剂选择和作用机理、改性效果及表征方法、表面物理改性对纤维性能的影响以及新型表面改性技术的应用等方面展开。
本文将从以上几个方面对对位芳纶纤维的表面物理改性研究进展进行综述，以期为相关领域的研究者提供参考，推动对位芳纶纤维的应用和发展。
2. 正文2.1 表面改性的研究方法物理方法是指通过物理手段对对位芳纶纤维的表面进行改性，常用的物理方法包括等离子体处理、紫外光照射、氧气等离子体处理、激光处理等。
这些物理方法可以在不改变纤维化学结构的情况下，通过表面物理改性来改善纤维表面的性能。
化学方法则是通过化学反应将改性剂通过化学键结合到对位芳纶纤维表面上，常用的化学方法包括溶液浸渍法、原位聚合法、化学气相沉积法等。
国内外芳纶纤维表面改性的研究进展
国内外芳纶纤维表面改性的研究进展金辉，张爱玲，刘洋，汪洋（沈阳工业大学理学院，沈阳 110023）摘要介绍了芳纶纤维的特点、芳纶结构对纤维与基体的粘结性、芳纶增强复合材料力学性能的影响，综述了目前国内外芳纶表面改性的常用方法及研究进展，探讨了芳纶纤维表面微观形貌及接枝改性机理，认为根据分叉纤维模型理论，利用表面接枝法在芳纶表面形成枝杈，以这种改性芳纶纤维增强的复合材料的强度和断裂韧性会有很大提高。
关键词芳纶纤维复合材料表面改性机理Development of the Surface Modification of AramidFibers at Home and AbroadJIN Hui，ZHANG Ailing, LIU Yang，WANG Yang（School of Science, Shenyang University of Technology, Shenyang 110023）Abstract The paper introduces the characteristic of aramid fibers, and the influence of the aramid fibers structure on aramid fibers cohesive to the matrix and mechanical properties of the aramid fibers composite. It summarizes the research development of the usual surface modification methods of aramid fibers at home and abroad at present, and discusses the surface morphology of aramid fibers and the mechanism of the grafted modification．It indicates that, according to the theory of the bifurcate fiber model, using the grafting treatment method for the surface modification of aramid fibers to form branch, the intensity and the fracture toughness of the composite reinforced by the modified aramid fibers can improve greatly.Key words aramid fibers, composite, surface modification, mechanism芳纶纤维是由美国杜邦公司最先研制的一种由刚性分子链形成的高结晶度、高取向度材料，具有相对密度小、耐疲劳、耐剪切等一系列优异性能[1,2]，在橡胶工业等领域[3～8]广泛用于芳纶纤维增强复合材料。
高锰酸钾对芳纶的表面改性研究
采 用 正交 实 验研 究 Ｋ Ｏ Ｍｎ 在 酸性 条 件 下 对
害， 能提 高 材料 机 械 性 能 ， 高 界 面性 能 ， 对 设 提 但
备有一 定 的 要 求 ， 费用 昂 贵 ， 作 相 对 复 杂 。 因 操
芳 纶 进行 处 理 。实 验 选定 ４因素 ４水平 ， 察 因 考
１ 实验 １ １ 原料及 设 备 ．
芳 纶 ：ｅｌ 单 纤 维 ， 密 度 １ ３ ｔ ， 家 Ｋｖ ｒ ａ 线 ．７ｄ ｘ 张 ｅ
港保 税 区 字 芳 国 际 贸 易 有 限 公 司 提 供 ； Ｙ Ｙ Ｋ Ｋ ．
收 稿 日期 ： ０ ０ ０ －１ ２ １ ． ５２ ；修 改 稿 收 到 日期 ：０ ０ｌ － ９ ２ １－１０ 。
２０ Ｂ型扫描 电子 显 微 镜 ： 京 中科 科 仪 技 术 发 ８０ 北 展 有 限责任公 司制 ；Ｇ ０ Ｎ 型 电子 单 纤 强 力仪 ： Ｙ Ｏ１
青 岛 山纺仪 器有 限公 司制 ； Ｓ 一０ Ｘ Ｚ １４生 物 显 微镜 ：
作者简介 ： 凌新龙 （９ ８ ） 男 ， 士研究 生 ， １７ 一 ， 博 讲师 。主要 从事 纤 维 改 性 及 多 相 高 分 子 材 料 和 有 机 合 成 研 究 。
关键词 ： 芳纶
高锰酸钾
改性
表 面形态
减重率
中图 分 类 号 ： Ｑ １． Ｔ ３６６
文献识别码 ： Ａ
文 章 编 号 ：１ １０４ （０ １Ｏ一０３０ ０ ．０ １２ １）ｌ０４．３ ０
芳 纶是 一种 具有 超高 强度 、 高模 量 和耐 高温 、
耐酸碱 、 密度 和 耐 磨 性 好 的 高性 能纤 维 。 在航 低 空航 天 、 国防 军 事 以及 电子 通 讯 等 领 域 ，已成 为 不可缺 少 的高科 技特 种纤 维 Ｉ 。然 而 由于 芳纶 ４
芳纶的表面改性
芳纶的表面改性( 21126033 宋春艳)1、芳纶的简介聚合物大分子的主链由芳香环和酰胺键构成，且其中至少85 %的酰胺键直接键合在芳香环上，每个重复单元的酰胺基中的氮原子和羰基均直接与芳香环中的碳原子相连，并且置换其中的一个氢原子的聚合物称为芳香聚酰胺树脂，由它纺成的纤维总称为芳香聚酰胺纤维，我国定名为芳纶[1]。
芳纶纤维有两大类：全芳族聚酰胺纤维和杂环芳族聚酰胺纤维。
全芳族聚酰胺纤维主要包括对位的聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)和PBA胺纤维、间位的聚间苯二甲酰间苯二胺和聚间苯甲酰胺纤维、共聚芳酰胺纤维以及如引入折叠基、巨型侧基的其它芳族聚酰胺纤维；杂环芳族聚酰胺纤维是指含有氮、氧、硫等杂质原子的二胺和二酰氯缩聚而成的芳纶纤维，如有序结构的杂环聚酰胺纤维等[2]。
其中PPTA纤维首先由美国杜邦公司（Dupont）开始研制，牌号为Kevlar 。
其结构式为[1]：同时，从芳纶的结构可知，它们是刚性分子，分子链段自由旋转受到阻碍。
分子对称性高，定向程度和结晶度高，因此横向分子间作用力变弱；分子结构中存在大量的芳香环，不易移动，因而分子间的氢键很弱，横向强度低使得在压缩及剪切力作用下容易产生断裂。
因此，为了充分发挥芳纶优异的力学性能，必须对其进行改性。
2、芳纶表面改性方法目前，针对芳纶进行的表面改性技术，主要集中在利用化学反应改善纤维表面组成和结构，或是借助物理作用提高纤维与基体树脂之间的浸润性[1]。
芳纶的表面处理技术大体上可以分为物理改性和化学改性，其分类如图1所示[1]。
其中化学改性是利用化学反应，在纤维表面引入可反应的活性基团，从而在与基体复合时发生化学作用产生共价键，增加材料的界面相容性能[3]。
主要包括共聚改性、表面刻蚀、表面接枝、氟气改性和稀土处理。
而物理改性主要包括：表面涂层技术、等离子体技术、超声浸渍改性技术、γ射线改性技术和紫外线辐射改性技术。
3、磷酸溶液处理PPTA纤维和超声波处理PPTA纤维3.1磷酸溶液处理PPTA纤维[4]3.11磷酸溶液处理PPTA纤维的实验过程[4]将10gPPTA短切纤维用造纸用标准纤维疏解机疏解10000转后用蒸馏水洗涤3次，煮沸15min，并于70℃下烘干2h,将烘干后的纤维置于烧杯中，加入1000mL丙酮，用超声清洗15min后继续浸泡24h后，抽滤、洗涤、烘干，置于密封袋中备用。
芳纶纤维表面改性及其对芳纶纸物理性能的影响_李涛
１．１ 实 验 原 料 芳纶短 切 纤 维、芳 纶 浆 粕 （由 国 内 某 公 司 提
供），８５％ 磷 酸 溶 液，偶 联 剂 ＫＨ－５５０，无 水 乙 醇， ＣＨ３ＣＯＯＨ，硝酸溶液，硫酸溶 液，ＮａＢＨ４，Ｎａ２ＨＰＯ４，
图 ５ 芳 纶 纤 维 的 硝 化 还 原 改 性 示 意 图 １．２．２ 芳 纶 纤 维 表 面 结 构 分 析
图 ３ 芳 纶 纤 维 的 磷 酸 改 性 示 意 图 （２）硅烷偶联 剂 改 性．两 种 不 同 的 芳 纶 纤 维 的 硅烷偶联剂改性方法如图４所示．
（３）硝化还原 改 性．芳 纶 纤 维 的 硝 化 还 原 改 性 如图５所示．
由 于 芳 纶 纤 维 表 面 光 滑 且 缺 少 活 性 基 团 ，极 其 不利于其与浆粕纤维之间形成结合力而赋予纸页 强度．因此，本论文 将 从 聚 合 物 表 面 与 界 面 研 究 入 手 ，探 讨 芳 纶 纤 维 表 面 改 性 对 芳 纶 纸 界 面 结 构 和 界 面 粘 合 强 度 及 其 对 芳 纶 纸 物 理 性 能 的 影 响 ，从 而 优 化 芳 纶 纤 维 表 面 和 界 面 参 数 ，完 善 纤 维 表 面 改 性 的 方法和理论．
＊ 收稿日期：２０１３－０８－２３ 基 金 项 目 ：陕 西 国 防 工 业 职 业 技 术 学 院 院 级 科 研 项 目 （ＧＦＹ１３－０８） 作 者 简 介 ：李 涛 （１９８４－ ），男 ，陕 西 户 县 人 ，助 教 ，硕 士 ，研 究 方 向 ：高 性 能 纸 基 材 料
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Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａｒａｍｉｄ ｆｉｂｅｒ ａｎｄ ｉｔｓ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ａｒａｍｉｄ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
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芳纶纤维表面改性研究
芳纶纤维是一种高性能合成纤维，具有优异的热稳定性、阻燃性、力
学性能和耐化学性能。
然而，芳纶纤维的表面性质对其应用性能起着重要
作用。
因此，进行芳纶纤维表面改性研究，对其进一步提高应用性能具有
重要意义。
芳纶纤维的表面改性研究可以从两个角度进行：一是通过表面涂覆或
改性剂处理，二是通过化学修饰或活化处理。
首先，表面涂覆或改性剂处理是一种常见的芳纶纤维表面改性方法。
例如，可以利用溶胶-凝胶技术，在芳纶纤维表面形成薄膜。
这种方法可
以改善芳纶纤维的亲水性，提高其与其他材料的界面粘结强度，并增强纤
维的摩擦性能。
此外，还可以使用改性剂进行表面处理，如硅烷偶联剂和
阻燃剂。
这些改性剂可以在芳纶纤维表面形成一层保护膜，提高纤维的耐
热性和阻燃性能。
其次，化学修饰或活化处理也是芳纶纤维表面改性的重要方法之一、
例如，利用等离子体处理可以在芳纶纤维表面引入官能团，改善其与其他
材料的黏附性能。
此外，可以使用化学活化剂，如亚硝酸钠和活性氧气体，对芳纶纤维表面进行活化处理，增强其表面活性，提高纤维的亲水性和粘
附性。
需要注意的是，芳纶纤维表面改性研究还需要考虑改性后的纤维性能
稳定性和使用寿命。
改性剂和表面处理措施可能会影响芳纶纤维的力学性能、热稳定性和耐化学性能。
因此，在进行表面改性研究时，需要综合考
虑改性效果和纤维性能的平衡。
总结起来，芳纶纤维表面改性研究可以通过表面涂覆或改性剂处理，以及化学修饰或活化处理两种方法来实现。
这些方法可以改善芳纶纤维的表面性质，提高其应用性能。
但需注意改性后的纤维性能稳定性和使用寿命。
深入研究芳纶纤维表面改性机理，对于进一步提高芳纶纤维的应用性能具有重要意义。