表面改性及輻照對國產(chǎn)PIPD纖維結(jié)構(gòu)和性能的影響.pdf

1、聚2,5-二羥基-1,4-苯撐吡啶并二咪唑（PIPD）纖維，由荷蘭阿克蘇·諾貝爾公司研發(fā)，其優(yōu)異的力學(xué)性能及與樹脂間良好的粘結(jié)性能使其成為目前備受關(guān)注的高性能有機纖維之一。但因其制備工藝保密，且我國對其研發(fā)較晚，導(dǎo)致國產(chǎn)PIPD纖維發(fā)展緩慢。因而，加強對國產(chǎn)PIPD纖維的研究尤為重要。本文主要研究表面改性及γ-射線輻照對國產(chǎn)PIPD纖維結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。同時，對比分析國產(chǎn)PIPD、PBO和Kevlar纖維的抗紫外老化性能。
　

2、　本文通過在國產(chǎn)PIPD纖維表面接枝聚酰胺胺（PAMAM）樹枝狀大分子、涂覆聚多巴胺和硅烷偶聯(lián)劑KH-550，研究表面改性對國產(chǎn)PIPD纖維結(jié)構(gòu)和性能的影響。實驗結(jié)果表明，表面接枝PAMAM及聚多巴胺后，PIPD纖維表面均有顆粒物產(chǎn)生，為接枝分子在纖維表面的聚集體；改性后PIPD纖維表面浸潤性顯著改善，表面極性基團數(shù)量明顯增加，但纖維力學(xué)性能及其環(huán)氧復(fù)合材料界面剪切強度均有所降低，這可能是由于堿性溶劑的去質(zhì)子化作用對PIPD纖維中分子間

3、氫鍵造成破壞，導(dǎo)致纖維表層微纖間作用力降低，纖維表面在外力作用下先于復(fù)合材料界面發(fā)生破壞所致。表面涂覆KH-550后，均勻的KH-550分子層修補了PIPD纖維表面的缺陷，使PIPD纖維的力學(xué)強度得到提高；KH-550結(jié)構(gòu)中大量的氨基改善了纖維表面浸潤性，并且參與了環(huán)氧基體的固化反應(yīng)，在界面區(qū)形成化學(xué)鍵合，提高了復(fù)合材料的界面粘結(jié)強度。當KH-550濃度為20％時，PIPD的改性效果最好，PIPD纖維拉伸強度及復(fù)合材料界面剪切強度分別提

4、高了4.6%和21%。
　　采用γ-射線輻照對PIPD纖維進行改性，通過改變γ-射線的輻照劑量，研究高能射線輻照對PIPD纖維性能及結(jié)構(gòu)的影響。γ-射線輻照后，纖維力學(xué)強度呈現(xiàn)先減小后增加再減小的趨勢，當輻照劑量為600KGy時，纖維的力學(xué)強度達到最大；納米壓痕測試結(jié)果表明，γ-射線輻照后，纖維的納米硬度及模量的變化趨勢與力學(xué)強度變化趨勢相同；X射線衍射（XRD）及分子量分析表明輻照處理前后纖維結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，分子量、結(jié)晶度及晶粒尺

5、寸先減小后增加再減小，當輻照劑量為600KGy時，分子量、結(jié)晶度及晶粒尺寸均達到最大。γ-射線輻照過程中，PIPD分子降解和交聯(lián)反應(yīng)同時發(fā)生，當輻照劑量較小時，PIPD纖維中不完善及存在缺陷的部分發(fā)生降解，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變以降解過程為主，分子量、結(jié)晶度、晶粒尺寸等微觀結(jié)構(gòu)減小，同時，纖維的硬度、模量和拉伸強度等宏觀性能逐漸降低；當輻照劑量增加時，纖維中交聯(lián)反應(yīng)占據(jù)優(yōu)勢，此時纖維力學(xué)性能逐漸提高；當輻照劑量超過600KGy時，進一步增加輻照強度，

6、PIPD分子鏈在高強度的輻照下逐步降解，導(dǎo)致其力學(xué)性能逐漸下降。
　　對比分析了國產(chǎn)PIPD、PBO和Kevlar纖維的抗紫外老化性能。實驗結(jié)果表明，經(jīng)過72h紫外老化后，國產(chǎn)PIPD纖維拉伸強度保留率可達78%，紫外-可見光譜分析結(jié)果表明，三種纖維中，PIPD纖維在紫外區(qū)吸收強度最低；掃描電鏡結(jié)果顯示，經(jīng)過紫外老化后，PIPD纖維表面沒有明顯改變；XRD測試表明紫外老化后，PIPD纖維的結(jié)構(gòu)并未發(fā)生明顯變化，結(jié)晶度與未經(jīng)紫外老化