苯并咪唑杂环改性芳纶的结构与性能

第35卷第4期

固体火箭技术

Journal of Solid Rocket Technology

Vol．35No．42012

苯并咪唑杂环改性芳纶的结构与性能

①

王凤德1，2，陈超峰2

，彭

涛2，韩哲文

1

（1．华东理工大学材料科学与工程学院，上海200237；2．中蓝晨光化工研究设计院有限公司，成都610041）摘要：采用X 衍射仪、强力仪、热失重仪及动态热分析仪等研究了K49、PABI 及2种芳纶ⅢF3-1和F3-2的结晶性能、力学性能、热性能、动态热机械性能及热氧老化性能等，并根据结果分析了芳纶结构对性能的影响。力学性能分析结果显示，杂环结构的引入大幅度提高了纤维的强度和模量，F3-1、F3-2和PABI 的干纱强度较K49分别提高61．2%、70．5%和67．2%。热氧老化实验表明，在250ħ下经192h 老化后，K49、F3-1、F3-2和PABI 的强度保持率分别为30%、78%、80%和68%，说明杂环结构的存在提高了纤维的热氧化稳定性。杂环结构的引入导致结晶度、初始热分解温度和玻璃化转变温度有所降低，但DMA 的结果显示，杂环芳纶在200ħ以内的动态模量较K49高出很多。

关键词：芳纶Ⅲ；杂环芳纶；对位芳纶；结构与性能；动态热机械分析

中图分类号：V258+

．3

文献标识码：A 文章编号：1006-

2793（2012）04-0536-05Structure and properties of modified aramid fibers

by benzoquinolizine heterocycle

WANG Feng-de 1，2

，CHEN Chao-feng 2，PENG Tao 2，HAN Zhe-wen 1

（1．College of Material Science and Engineering ，East China University of Science and Technology ，Shanghai 200237，China ；

2．China Bluestar Chengrand Chemical Co．Ltd．，Chengdu 610041，China ）

Abstract ：The properties of four aramid fibers including K49，F3-1，F3-2and PABI ，were characterized in detail by mechanical testing ，

X-ray diffraction （XRD ）analysis ，thermal gravimetric analysis （TGA ），dynamic thermal mechanical analysis （DMA ）and thermal-oxidative aging experiment．Meanwhile ，the effects of structure on properties were analyzed accordingly．The results show that the introduction of heterocyclic structure into the polymer backbone increases the mechanical properties of fiber significantly．Tensile strength of F3-1，F3-2and PABI are 61．2%，70．5%and 67．2%higher than that of K49，respectively．Experimental re-sults of thermal-oxidative aging indicate that heterocyclic aramid fibers possess excellent thermo-oxidative stability．The strength re-tention of K49，

F3-1，F3-2and PABI are 30%，78%，80%and 68%below 250ħfor aging 192h．Though the introduction of het-erocyclic structure decreases the crystallinity ，initial decomposition temperature and glass transition temperature of aramid fibers ，it increases the dynamic modulus （below 200ħ）of aramid fibers．

Key words ：aramid fiber III ；heterocyclic aramid fiber ；para-aramid fiber ；structure and property ；DMA

0引言

对位芳香族聚酰胺纤维（芳纶）具有高比强度、高

比模量及耐高温等优异性能而受到广泛关注。芳纶起初主要用作战略物资，是固体火箭发动机壳体、复合装甲、个体防护等必不可少的关键材料；现在芳纶已扩展到民用领域，在许多行业占据重要地位；芳纶还是推动低炭经济发展的重要材料，如汽车、高速列车、快艇、飞行器等，采用芳纶可减轻自重、节约能源、减少污染排

放，有利于社会的可持续发展［1］

。

芳纶1414（PPTA 纤维）是芳纶中最主要的品种，

其产能占对位芳纶总产能的90%以上，其主要产品有美国杜邦的Kevlar 芳纶及日本的Twaron 芳纶。此外，还有日本的Technora 芳纶和俄罗斯的杂环芳纶，其大

部分是三元共聚型芳纶，

可看作是芳纶1414的改性产品。改性芳纶的多数性能优于芳纶1414，尤其是俄罗

斯的杂环芳纶性能综合最优，如俄Armos 杂环芳纶是

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收稿日期：2011-12-23；修回日期：2012-01-16。作者简介：王凤德（1966—），男，高级工程师，主要研究方向为特种纤维的研发及产业化工作。E-mail ：wfd1966@sina．com 通讯联系人：韩哲文。E-

mail ：zhwhan@ecust．edu．cn