凱夫拉納米纖維復(fù)合薄膜的制備與性能研究.pdf

1、作為繼尼龍-6的改革之后，美國杜邦公司再次研制推出的高性能芳綸纖維，凱夫拉因其高強(qiáng)度、良好的熱穩(wěn)定性而受到人們的重視。但是由于凱夫拉與基體聚合物之間的界面作用力弱，限制了凱夫拉在復(fù)合材料方面的應(yīng)用?；诩{米材料的特殊性，納米級凱夫拉纖維有望給復(fù)合材料帶來優(yōu)異的機(jī)械性能和光學(xué)性能。這種新穎的芳綸納米模塊的出現(xiàn),在新型高性能聚合物納米復(fù)合材料工程方面有巨大潛力。
　　本文采用在強(qiáng)堿性溶劑中對酰胺基團(tuán)去質(zhì)子化的方法將宏觀凱夫拉分散成凱夫

2、拉納米纖維，并用抽濾法得到了凱夫拉納米纖維薄膜。經(jīng)表征，分散成納米尺寸后，凱夫拉的結(jié)構(gòu)未受到破壞，長度為5-10μm，直徑約10-20nm。凱夫拉納米薄膜的斷裂強(qiáng)度達(dá)180MPa，楊氏模量為14GPa。
　　聚氨酯材料因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)以及優(yōu)良的性能一直是研究的熱點(diǎn)，水性聚氨酯材料具有成本低、無污染、柔韌性好等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景很廣。但是水性聚氨酯材料強(qiáng)度不高，耐熱性不好，極大的限制了其應(yīng)用。傳統(tǒng)填充物的加入通常對聚氨酯的性能提升不明顯，

3、凱夫拉納米纖維代表了最有希望的的高性能納米復(fù)合材料的建筑模塊之一。在我們的實(shí)驗(yàn)中，通過采用層層自組裝和真空輔助絮凝兩種方法，水性聚氨酯的力學(xué)性能被凱夫拉納米纖維得到了增強(qiáng)。得到了楊氏模量5.275GPa和斷裂強(qiáng)度98.02MPa的薄膜，在已知的被報道的聚氨酯基復(fù)合材料中達(dá)到了最高。我們把這種增強(qiáng)歸結(jié)于凱夫拉和聚氨酯分子結(jié)構(gòu)的相似性，這種相似性通過多種界面作用力保證了凱夫拉與聚氨酯之間高度的親和性。通過模擬發(fā)現(xiàn)多種氫鍵的形成歸結(jié)于兩種組分

4、的酰胺基團(tuán)具有合適的空間。與真空輔助絮凝薄膜相比，層層自組裝薄膜能夠更好地實(shí)現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)移，因此得到了更高的斷裂強(qiáng)度和楊氏模量。真空輔助絮凝方法在低凱夫拉含量時能很好地增強(qiáng)斷裂強(qiáng)度。
　　之后，本文又探索了將凱夫拉與黏土同時作為填料與聚氨酯復(fù)合，用層層組裝方法制備了凱夫拉/聚氨酯/黏土納米復(fù)合材料，測試后發(fā)現(xiàn)，凱夫拉與黏土的協(xié)調(diào)作用在很大程度上提升了復(fù)合薄膜的力學(xué)、熱學(xué)、阻燃等性能。
　　本項(xiàng)研究工作不僅實(shí)現(xiàn)了在復(fù)合材料方面一個