PPTA纤维的表面改性及应用

论文摘要

本文首先介绍了PPTA纤维的发展概况,对纤维的性能特点、表面改性、复合材料及应用等方面的研究现状进行了综述。在此基础上,从三个方面对PPTA纤维的表面改性进行了研究。研究了用磷酸处理PPTA纤维表面的效果。对实验条件进行了正交设计,并采用单丝断裂强度、红外光谱、扫描电镜、接触角实验分别表征了纤维强度、表面官能团、微观表面形貌、浸润性的变化。结果表明磷酸处理提高了纤维表面的极性,改善了纤维与树脂复合的界面。并对反应的机理进行了推测。通过对实验结果的方差分析发现:温度对纤维浸润性的影响显著,浓度和时间对浸润性的影响不大;而就强度而言,浓度和时间对纤维的强度的影响显著,温度对纤维强度的影响不显著。因此为了获得最好的浸润性和最好的强度,确立最佳改性条件为:用5%磷酸在55℃下,超声处理1h。研究了先用磷酸处理,然后进一步用稀土溶液处理纤维表面的效果。结果表明,稀土的进一步处理对纤维的强度几乎无损伤。而处理后纤维的浸润性得到进一步的提高。另外,从纤维和环氧树脂复合材料的劈裂面来看,处理后的纤维表面粘有更多的树脂,纤维与树脂之间的界面模糊,且有大量丝状剥离,同时纤维本身也发生微纤化轴向劈裂破坏,说明处理后的纤维与树脂形成了良好的界面。通过对纤维与树脂界面剪切强度的测试,发现其剪切强度随着稀土浓度的增加,出现先增大后减小的趋势,用0.9%的稀土溶液处理后的纤维得到的界面剪切强度最大。另外,用PPTA浆粕取代石棉为增强基,酚醛树脂为基体制成耐摩擦复合材料。结果表明PPTA浆粕制得的复合材料的高温耐磨性能明显高于石棉。用磷酸处理和磷酸/稀土综合处理后的PPTA浆粕制得的复合材料的高温耐磨性能得到进一步改善。最后还对制得的复合材料的冲击强度进行了初步研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 PPTA纤维基本物理化学性质
• 1.2 PPTA纤维的研究现状
• 1.3 PPTA纤维的表面改性现状
• 1.3.1 等离子体处理
• 1.3.2 UV处理
• 1.3.3 Γ射线辐射
• 1.3.4 超声处理
• 1.3.5 准分子激光处理
• 1.3.6 硝化还原处理
• 1.3.7 偶联剂处理
• 1.3.8 钠金属反应
• 1.3.9 其他处理方法
• 1.4 PPTA纤维复合材料应用现状
• 1.4.1 芳纶在航空航天和军需工业上的应用
• 1.4.2 芳纶在信息技术产业上的应用
• 1.4.3 芳纶在橡胶工业上的应用
• 1.4.4 芳纶在涂覆织物制品和纺织业上的应用
• 1.4.5 芳纶在汽车工业上的应用
• 1.4.6 芳纶在运动器材上的应用
• 1.5 本课题研究内容及创新
• 1.5.1 本课题的提出
• 1.5.2 本课题的研究内容
• 1.5.3 创新点
• 第二章 磷酸处理纤维表面研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 原料
• 2.2.2 实验设备与仪器
• 2.2.3 实验方法
• 2.2.4 性能表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 磷酸处理对纤维表面形貌的影响
• 2.3.2 磷酸处理对纤维强度的影响
• 2.3.3 磷酸处理对纤维表面基团的影响
• 2.3.4 磷酸处理对纤维表面浸润性的影响
• 2.3.5 磷酸处理对纤维与树脂复合材料界面性能的影响
• 2.4 本章小结
• 第三章 稀土法对PPTA纤维表面的处理
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原料及仪器
• 3.2.2 样品制备
• 3.2.3 性能表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 稀土处理对纤维强度的影响
• 3.3.2 稀土浓度对纤维表面形貌的影响
• 3.3.3 稀土处理对纤维浸润性的影响
• 3.3.4 稀土处理对复合材料界面剪切强度的影响
• 3.4 结论
• 第四章 PPTA纤维的应用研究
• 4.1 引言
• 4.1.1 实验仪器
• 4.2 PPTA浆粕的表面处理
• 4.3 摩擦和冲击实验的方法
• 4.3.1 摩擦片及冲击样条的制备
• 4.3.2 摩擦性能的测试
• 4.3.3 冲击强度的测试
• 4.4 计算方法
• 4.5 分析与讨论
• 4.5.1 PPTA浆粕取代石棉对复合材料摩擦系数的影响
• 4.5.2 PPTA浆粕取代石棉对复合材料磨损率的影响
• 4.5.3 改性PPTA浆粕对复合材料摩擦系数的影响
• 4.5.4 改性PPTA浆粕对复合材料磨损率的影响
• 4.5.5 PPTA浆粕的表面改性对冲击强度的影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 研究生期间学术论文发表情况
• 致谢