芳纶纤维的表面改性及其与橡胶复合性能的研究

论文摘要

本课题分别采用低温氧等离子体和常压等离子体对芳纶纤维进行改性研究,等离子体处理使得芳纶纤维表面粗糙度增大,并且引入了含氧基团。最终研究表面处理对芳纶纤维与橡胶复合性能的影响。主要研究内容有以下四个部分:（1）低温等离子体处理芳纶纤维表面。氧等离子体的处理功率、处理时间对芳纶纤维与橡胶的粘附性能有明显的影响。结果表明,经过等离子体处理后,纤维表面引入了-COOH。扫描电镜（SEM）观察发现,氧等离子体处理对芳纶纤维的表面有明显的刻蚀作用。最佳处理条件是:处理压强为30Pa,处理功率为50W,处理时间为60s。（2）常压等离子体处理芳纶纤维表面。采用常压等离子体,选择不同的处理功率对芳纶纤维表面进行连续动态处理,通过扫描电镜以及原子力显微镜对其表面进行表征,动态接触角仪对其进行表面润湿性能测试。用XPS表面表征技术分析等离子处理样与原样表面化学组成的变化。结果表明,经过等离子体处理后,纤维表面引入了-COOH等含氧基团。结果表明:表面粗糙度越大,表面润湿性能也越好,与橡胶的结合能力越好。最佳处理条件是:常压条件下,功率为75W,时间为60s。（3）硅烷偶联剂KH-550处理芳纶纤维原样和改性芳纶纤维。采用常压等离子体对芳纶纤维进行不同功率的处理,用硅烷偶联剂KH-550分别对芳纶纤维原样及等离子处理样表面进行改性处理,并变换不同的浓度和时间。硅烷偶联剂处理后,原样与等离子处理样跟橡胶的结合性能都有一定程度的增加。最佳处理条件是:等离子体处理为常压状态下,处理功率为75W,处理时间为60s,在KH-550的质量分数为5%、处理时间为5h的条件下,纤维与橡胶的粘附性能最好。（4）将芳纶纤维原样与改性芳纶纤维分别跟两种橡胶复合,并采用两种不同的浸胶方式进行浸胶处理,实验表明,不同的胶料配方和增粘体系对芳纶纤维与橡胶的复合性能也存在影响。因此最佳处理条件为实验胶,双浴浸胶方式,常压等离子体处理功率为75W,处理时间为60s,硅烷偶联剂处理浓度为5%,处理时间为5h。课题系统的研究了低温等离子体和常压等离子体处理条件对目前应用最广和性能最好的有机芳纶纤维表面元素组成及官能团、表面形貌及表面粗糙度和表面浸润性能的影响,并且采用等离子体与硅烷偶联剂复合处理的方法提高了改善效果,并得出了最佳处理条件。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.1.1 选题背景
• 1.1.2 芳纶纤维的物理化学性能
• 1.2 芳纶纤维改性的方法及进展
• 1.2.1 芳纶纤维的化学改性方法
• 1.2.2 芳纶纤维的物理改性方法
• 1.2.3 其他改性方法
• 1.2.4 芳纶纤维的应用和前景
• 1.3 本课题的意义、内容及创新
• 1.3.1 研究目的及意义
• 1.3.2 研究内容及创新点
• 第二章 低温等离子体处理对芳纶纤维与橡胶复合性能的影响
• 2.1 低温等离子处理技术
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验材料及仪器
• 2.2.2 实验方法
• 2.2.3 表征及测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 芳纶纤维等离子体处理前后的表面形态
• 2.3.2 浸润颜色的高度
• 2.3.3 羧基含量
• 2.3.4 H 抽出试验结果
• 2.4 本章小结
• 第三章 常压等离子体处理对芳纶纤维与橡胶复合性能的影响
• 3.1 常压等离子处理技术
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验材料及仪器
• 3.2.2 实验方法
• 3.2.3 表征及测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 SEM 表征
• 3.3.2 AFM 表征
• 3.3.3 纤维表面的浸润性能
• 3.3.4 XPS 表征
• 3.3.5 H 抽出试验结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 硅烷偶联剂处理对芳纶纤维与橡胶复合性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 原料与仪器
• 4.2.2 实验方法
• 4.3 实验结果与分析
• 4.3.1 芳纶纤维和KH-550 的作用机理
• 4.3.2 H 抽出试验结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 不同的复合处理对芳纶纤维与橡胶复合性能的影响
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 原料与仪器
• 5.2.2 实验方法
• 5.3 实验结果与分析
• 5.3.1 H 抽出试验结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 课题展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：在攻读硕士学位期间发表的论文