超臨界流體改性芳綸力學(xué)性能與表面性能研究.pdf

1、近年來，芳綸纖維作為重要戰(zhàn)略物資受到廣泛關(guān)注，尤其是高模量、高強度芳綸纖維的國產(chǎn)化。本文以國產(chǎn)對位GF-1纖維、Kevlar49纖維、Kevlar49纖維布為研究對象，利用超臨界二氧化碳流體超強的溶脹能力和攜帶能力，協(xié)助甲苯二異氰酸酯（TDI）改性芳綸纖維，將TDI攜帶進入芳綸內(nèi)部及淺表面，使TDI與芳綸纖維發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，成功地對芳綸內(nèi)部及表面進行了改性。采用纖維強伸度儀、粘度法、動態(tài)力學(xué)分析（DMA）、掃描電子顯微鏡（SEM）、傅立葉

2、紅外光譜（FTIR）等表征方法，系統(tǒng)地研究了改性前后結(jié)構(gòu)與性能之間的演變規(guī)律，并通過對芳綸布處理制備復(fù)合材料，直觀驗證了表面改性效果。此外，建立了一套物理化學(xué)聯(lián)用改性法，即在超臨界流體改性時在纖維外部加張力，并調(diào)節(jié)張力大小，取得了良好效果。主要研究結(jié)果如下：
　?。?）超臨界 CO2攜帶 TDI改性后，隨著處理時間的延長、溫度的升高和壓力的增大，強度和模量都先增大后減小，合理控制工藝，可實現(xiàn)纖維強度和模量同時優(yōu)化，對于GF-1纖維

3、，我們得出的最佳處理條件是：P=12MPa，T=100℃，t=60min，對于K49纖維，P=13MPa， T=120℃，t=80min。結(jié)構(gòu)分析可知，TDI與分子鏈發(fā)生反應(yīng)，由于超臨界CO2流體的攜帶作用，TDI被成功帶入纖維內(nèi)部，并發(fā)生擴鏈和交聯(lián)反應(yīng)，且對纖維無定形區(qū)進行了塑化及化學(xué)反應(yīng)，改善了纖維的無定形區(qū)，使纖維力學(xué)性能上升。
　?。?）處理過程中施加張力，并進行了系統(tǒng)實驗。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，新方法可以實現(xiàn)強度和模量的同時提升

4、，施加張力可以進一步提高纖維的力學(xué)性能，超臨界流體攜帶 TDI與纖維發(fā)生反應(yīng)，增大了其分子量，且由于外加張力的存在，纖維發(fā)生進一步取向和結(jié)晶，最終的結(jié)果是GF-1纖維外加張力在42N，Kevlar49纖維在48N改性效果最佳，這一方法為國產(chǎn)對位芳綸纖維的后處理改性及高強高模量化開創(chuàng)了一條新道路。
　?。?）我們發(fā)現(xiàn)超臨界二氧化碳流體攜帶 TDI改性時芳綸纖維的界面粘合性和表面粗糙度增加，通過改性芳綸纖維布，利用VARI及模壓成型分