超声作用对芳纶纤维表面性质的影响
文章编号:100023851(2003)022*******
收稿日期:2002202207;收修改稿日期:2002205208
作者介绍:刘 丽(19732),女,博士,主要从事树脂基复合材料的研究工作。通讯作者:刘 丽,E 2m ail :liuli @hit .edu .cn
超声作用对芳纶纤维表面性质的影响
刘 丽1,张 翔2,黄玉东1,姜 彬1,张志谦1
(1.哈尔滨工业大学应用化学系,哈尔滨150001;2.中国航天科技集团公司四院四十三所,西安710025)
摘 要: 芳纶纤维表面性质是影响其复合材料界面粘接性能的重要因素。本文作者采用超声技术对芳纶纤维表面进行改性处理,研究了超声作用下,芳纶纤维表面化学组成和表面结构的变化。结果表明:超声处理后,纤维表面极性官能团含量增加,比表面积加大,从而改善了芳纶纤维和环氧树脂之间的浸润性。关键词: 芳纶纤维;超声;表面;浸润性中图分类号: TB 323 文献标识码:A
EFFECT OF UL TRAS ON I C TREAT M ENT ON SURFACE
CHARACTER I STI CS OF ARA M I D
L I U L i 1,ZHAN G X iang 2,HUAN G Yudong 1,J I A N G B in 1,ZHA GN Zh iqian
1
(1.D epartm ent of A pp l .Che m .,H arbin Institute of T echnol ogy ,H arbin 150001,Ch ina ;
2.Forty 2T h ird Institute of the Fourth A cade m y of CA SC ,X i ′an 710025,Ch ina )
Abstract : O ne of the m ain facto rs to influence the interfacial p roperties of composites is the surface characteristics of the ara m id fiber .U ltras ound is used to treat the surface of the ara m id fiber and the change of surface structure of the ara m id fiber under the ultras onic treatm ent is investigated in th is pa 2per .T he results show that the con ten t of polar group and the s pecific surface area increase s o as to i m 2p rove the w ettability betw een the ara m id fiber and epoxy resin .Key words : ara m id fiber ;ultras ound ;surface ;w ettability
芳纶纤维具有比强度高、比模量高等优异性能,
受到材料学界的广泛关注,已经在航天、航空、建筑、体育用品等领域得到了应用。但是芳纶纤维结构中存在着分子链刚直,结晶度高,分子间氢键结合较弱,横向抗拉强度低,纤维易微纤化等缺点,而且纤维表面易吸水,导致芳纶纤维与树脂基体结合而成的两相界面强度低,影响了复合材料综合性能的发挥。因此,为了充分发挥芳纶纤维优异的力学性能,国内外专家对芳纶纤维表面改性技术进行多年的研究,目前针对芳纶纤维表面的改性技术主要集中在化学处理[1～5]和等离子改性技术[6～9]两方面。这两种改性技术都具有较好的处理效果。但是,化学改性技术只能处理少量的纤维,而且化学反应速度很快,不易控制,很难保证化学反应仅在纤维表面发生,极易损伤纤维,使材料的拉伸性能降低;等离子体改性
技术则要求较高的真空度,尽管目前已经研制出等离子连续处理设备,但还无法进行工业化处理。基于目前的研究现状,本文作者采用了超声技术对芳纶纤维进行表面改性处理,探讨了超声在芳纶纤维表面引起的物理、化学作用。
1 实 验
1.1 原材料
本实验采用俄罗斯生产的A P M OC 纤维,其主要性能如表1所示。
表1 AP MOC - 纤维的主要性能指标
Table 1 M a i n properti es of AP MOC - f i ber 纤维种类
股纱断裂强力 N
拉伸模量 GPa 密度 kg ?m -3
A P M OC 2
>1275
>142.2
1450
复合材料学报
A CTA M A T ER I A E COM PO S ITA E S I N I CA
第20卷 第2期 4月 2003年
V ol .20 N o .2 A p ril
2003
树脂体系为环氧618与邻苯二甲酸酐以100∶70的比例混合。
1.2 超声处理
将自制的超声系统作用于浸胶之后的芳纶纤维上,调节频率微调旋钮,使频率达到谐振状态,改变超声的振幅,对芳纶纤维进行处理。
1.3 表面张力测试
采用GB312型浸润仪,以水和乙二醇为测试液,对不同超声振幅处理下的芳纶纤维表面张力进行测试。水和乙二醇的表面张力Χ及表面张力色散分量Χd l和极性分量Χp l参量如表2所示。
表2 浸润液的表面张力
Table2 Surface ten si on of wetti n g l i qui ds 浸润液Χ N?m-1Χd l N?m-1Χp l N?m-1水0.07280.02210.0507乙二醇0.04830.01900.0293
根据下列调和平均方程,计算超声处理前后芳纶纤维的表面张力。
(1+co sΗ)Χ=4
Χd lΧd s
Χd l+Χd s+
Χp lΧp s
Χp l
+Χp s
1.4 纤维表面组成分析
将芳纶纤维及不同超声振幅条件下处理后的芳纶纤维以丙酮作为溶剂采用索氏抽提器连续抽提48h,烘干,然后截取一定长度后待测。
采用ESCA2750型多功能光电子能谱仪对超声处理前后的芳纶纤维表面进行XPS研究。X射线源为M gKΑ射线,试验过程中分析室的真空度为10-7 Pa,高分辨扫描谱通过能为50e V,扫描步长为0.05e V。分析了芳纶纤维表面原子的化学组成及C,O,N元素的价态变化情况。
1.5 纤维表面形貌测试
采用美国麦克公司的A SA P2405物理吸附仪,利用BET容量法,以N2为吸附质在液氮温度下进行了超声处理前后芳纶纤维的吸附、脱附实验。
待测样品经过喷金处理后,用日立S2570型扫描电镜对超声处理前后芳纶纤维表面形貌进行测试。
1.6 芳纶纤维增强环氧复合材料层间剪切强度测试
,
酸酐为基体材料,采用缠绕方法制备芳纶 环氧NOL环复合材料,将超声处理系统作用在浸胶之后
。按GB1461288在万能实验机上进行层间剪切强度测试。
2 结果与讨论
2.1 纤维表面张力分析
超声处理前后,芳纶纤维表面张力测试结果如表3所示。
表3 不同超声振幅处理下的芳纶纤维表面张力Table3 Surface ten si on of aram i d under
di fferen t ultra sound am pl itudes
振幅 ΛmΧ N?m-1Χd l N?m-1Χp l N?m-1
00.04280.03430.0085
200.04540.03510.0103
300.04550.03500.0105
400.04530.03470.0106
500.04530.03480.0105
从表中可以看出:经超声处理后的芳纶纤维的表面张力都得到了提高,尤其是极性部分分量提高幅度较大。在振幅为30Λm超声处理条件下,芳纶纤维的表面张力提高了6.3%,其中极性分量部分提高了23.5%。芳纶纤维表面张力增加的主要原因是超声作用在浸有树脂的芳纶纤维上,由于超声的空化效应在芳纶纤维表面起到清洗的作用。
在纤维表面上存在着由气体、氧化物、杂质组成的表面层,这些污物组成的表面层降低了纤维的表面自由能,使纤维表面的自由能变为Χ′sg=Χsg-Πe,其中:Χ′sg为芳纶纤维的表面张力;Χsg为不含污物的纯芳纶纤维的表面张力;Πe为吸附物质的表面张力。超声的空化作用可对这些污物表面层进行破坏和清洗,其破坏机制有两种:剥离和射流冲击。如图1所示。
图1 超声作用剥离破坏机制
F ig.1 D a m aging m echanis m for re moval of ultras ound
?
6
3
?复 合 材 料 学 报
图2 超声处理前后芳纶纤维表面元素的XPS分析
F ig.2 XPS analysis of ele m ents on surface of ara m id fiber before and after ultras onic treatm ent
(a)U ntreated;(b)U ltras onic treated of30Λm;(c)U ltras onic treated of50Λm
较大的空化泡在交替的超声场的作用下发生溃灭,会分离成许多小的气泡,结果会使小气泡以极快的速度朝远离超声场的方向运动,产生液体射流。这种冲击射流将使那些较薄弱的表面层脱落。同时,也带走了纤维上的一些表面微粒,使表面的薄弱层被逐渐破坏。在本文实验条件下,由于超声声强很高,剥离和射流冲击机制起主导作用,故空化表面清洗可以在短时间内完成。
在空化清洗完成后,表面吸附层的表面张力得到了降低,纤维的表面张力变为Χsg=Χ′sg-(Πe-?)。式中:?为吸附层表面张力的减小量。因此经超声处理后,芳纶纤维的表面张力提高。
另外,从表3中还可以看出:超声改性后的芳纶纤维表面张力中极性分量增加较多,而色散分量几乎不发生变化。说明超声处理过程中,有可能是由于超声强大的声流作用,使环氧树脂和酸酐固化剂的分子进入到纤维的表面微孔中,通过抽提无法洗去的一部分分子。这样分子的存在,使得纤维表面张力中极性分量部分增加。
2.2 纤维表面组成分析
采用XPS对超声处理前后芳纶纤维表面组成分析的结果如表4所示。
表4 超声处理前后芳纶纤维表面元素变化Table4 Changes of ele m en ts on surface of aram i d
f i ber before and af ter trea t m en t
样 品
元素含量 %
C O N 未处理78.0613.408.54
30Λm76.5816.736.69
50Λm79.2116.744.05 从表4中可以看出:经超声处理后,纤维表面的氧含量增加,但表面中的N元素却减少了。进而对各XPS谱图的C1s进行进一步的分峰处理,得到图2和表5。
从表5中可以看出:芳纶纤维表面以羰基和醚键存在的氧含量增加,这些官能团的增加使得纤维表面的极性增加,这一结果与表面张力测量结果是相一致的。XPS分析结果进一步表明:超声处理促使环氧树脂体系中的组分浸渗到芳纶纤维的表面,从而使纤维表面的氧含量增加。
表5 超声处理前后芳纶纤维表面官能团及其含量Table5 Functi ona l groups and the i r con ten t on aram i d
f i ber before and af ter ultra son i c trea t m en t
峰序号结合能 e V对应结构含量 %
1283.752C2H287.78未处理2286.602C2N210.96
3288.002C=O0.16
1283.452C2H289.99 30Λm2286.40
2C2O2
2C2N28.20
3288.202C=O1.81
1284.052C2H290.24 50Λm2286.95
2C2O2
2C2N27.74
3288.502C=O2.01 2.3 纤维表面形貌分析
采用BET研究纤维表面微孔结构的结果如图3所示。
?
7
3
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刘 丽,等:超声作用对芳纶纤维表面性质的影响
图3 在N 2条件下超声处理前后芳纶纤维表面的吸附、脱附曲线
F ig .3 Curves of ads orp ti on and des orp ti on on surface of ara m id fiber before and after ultras onic treatm ent under N 2
(a )U ntreated ;(b )T reated by ultras ound
图4 超声处理前后纤维微孔直径及其分布
F ig .4 D ia m eter of pores on surface of ara m id fiber and their distributi on (a )U ntreated ;(b )T reated for 30Λm
对比两者的BET 等温吸附曲线可以看出:两条
吸附曲线具有相似的形状。未处理样品(如图3(a ))的斜率为0.148,而超声处理后芳纶纤维吸附曲线(如图3(b ))的斜率为0.277,说明超声处理后的芳纶纤维对N 2有较快的吸附速率,比未处理纤维提高了50%。同时实验中通过DBB 方法根据N 2等温吸附、脱附曲线得到了超声处理前后的芳纶纤维表面微孔直径及其分布情况,如图4所示。
超声处理前后芳纶纤维的孔结构特征如表6所示。
从表中可以看出:超声改性后,芳纶纤维表面微孔直径从2.79nm 增加到3.51nm ,且单位重量纤维表面的微孔在总体积也增加,引起比表面积增加
表6 超声处理前后芳纶纤维表面的孔结构特征
Table 6 Character isti cs of pore structure on surface of aram i d f i ber before and af ter ultra son i c trea t m en t
比表面积 m 2?g -1
体积含量 cc ?g -1
直径 mm
未处理12.90.0092.79超声处理
17.5
0.015
3.51
了35%。这一结果说明:超声作用在芳纶纤维表面
上增加了表面的粗糙度。这是由于超声处理浸胶之后的芳纶纤维时,除了能够清除纤维表面吸附的杂质,提高纤维的表面张力外,由于超声的空化效应,声流作用较强,在纤维表面上发生的空化泡瞬间破裂所释放出的巨大能量,起到了刻蚀纤维表面的作
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83?复 合 材 料 学 报
图5 不同超声振幅处理下芳纶纤维SE M 形貌
F ig .5 SE M photograph of fracture of ara m id fiber treated under different a mp litudes (a )U ntreated ;(b )T reated w ith 20Λm ;(c )T reated w ith 30Λm ;(d )T reated w ith 50Λm
用,增加了纤维的微孔大小及其数量。
另外,为进一步研究超声对纤维表面的影响,采用SE M 技术对纤维形貌进行了分析。如图5所示。
图5(a )为未处理去涂层纤维的表面形貌,从图中可以清晰地看到:整个区域内纤维相对光滑,存在着少量的沟槽和小的突起。图5(b )～图5(d )分别为经过20Λm ,30Λm 和50Λm 振幅超声处理后纤维表面的
形貌。从图5(b )中可以看出:20Λm 振幅超声处理后,纤维表面沟槽不十分明显,纤维表面涂覆了一层树脂层,用抽提冲洗的方法是无法除去的,说明这层树脂层与芳纶纤维之间的作用力比较大,即超声将能量传递给树脂分子,使其加速,强迫树脂渗入到纤维表面的沟槽、条纹和微孔中去,形成了一层很好的
环氧吸附层。图5(c )为30Λm 振幅超声处理后的纤维表面形貌,在较强的超声能量作用下,不但可以使树脂嵌入纤维的沟槽中,而且可使纤维表面产生微纤,同时在纤维表面形成了孔洞,使纤维表面粗糙度增大。这些孔洞和微纤在复合材料的制备过程中可以作为树脂在纤维表面的啮合点,当材料受到外界载荷时,这些啮合点处的树脂与纤维的摩擦力较大,同样可以增强材料的界面性能。因此,由于上述原因,在超声的作用下,材料的界面强度才能够大幅度提高。图5(d )为50Λm 振幅超声处理下,纤维表面的皮层几乎完全被除去,而且纤维上的孔洞比较大,本体受到破坏,纤维的本体强度降低。最终使复合材料的界面强度降低。
2.4 芳纶纤维增强环氧复合材料层间剪切强度分
析
不同超声振幅处理下,芳纶 环氧复合材料层间
剪切强度变化趋势如表7所示。
表7 不同超声振幅处理下芳纶 环氧
复合材料的层间剪切强度
Table 7 I L SS of aram i d Epoxy co m posites under
di fferen t ultra son i c am pl itudes
振幅 Λm
I L SS M Pa 分散系数 %
040.773045.8550
39.6
7
从表7中的数据可以看出:芳纶纤维增强复合材料的层间剪切强度随着超声振幅的增加,呈现出先增后降的变化趋势。当超声振幅为30Λm 时,其层间剪切强度达到最大值45.8M Pa ,比未处理样品提
高了12.5%。这一结果表明:超声作用通过引起芳纶纤维表面的物理化学变化,改善了树脂与纤维之间的浸润性,进而提高了复合材料的力学性能。
3 结 论
本文作者采用超声技术在芳纶纤维浸胶过程中对其表面进行处理,研究了超声作用对芳纶纤维表面的影响,结果表明:
(1)超声作用可以活化纤维表面,使芳纶纤维表面含氧官能团增加,引起纤维表面张力中极性分量增加了23.5%。
(2)超声的另一个作用是刻蚀纤维表面,使纤维表面孔洞直径从2.79nm 增加到3.51nm ,纤维比表面积增加了35%。
(3)超声在芳纶纤维表面的活化和刻蚀作用可以提高复合材料的力学性能,使其层间剪切强度增加了12.5%。
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93?刘 丽,等:超声作用对芳纶纤维表面性质的影响
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?复 合 材 料 学 报
关于芳纶纤维改性和芳纶纤维增强复合材料用树脂基体的研究
关于芳纶纤维改性和芳纶纤维增强复合材料用树脂 基体的研究 摘要:芳纶纤维与各种树脂制成高性能复合材料广泛应用于航天、国防、汽车等行业，由于芳纶纤维具有高结晶度、表面化学活性基团少等缺点，使复合材料出现层间剪切强度、横向拉伸强度等性能较低等缺点，限制了复合材料性能的发挥及其应用领域的推广。芳纶纤维复合材料研究，集中在对芳纶纤维表面进行物理的、化学方面的改性处理以及合适树脂基体的选择。本文对这两个方面进行了总结，并提出了相关展望。 关键词:芳纶纤维复合材料改性树脂基体 1前言 1.1芳纶的定义 芳纶是一种高科技纤维,它的全称为“芳香族聚酰胺纤维”,它具有优良的力学性能,理想的机械性质和稳定的化学性质理想的机械性质。由芳香环和酰胺键构成了聚合物大分子的主链,且其中至少86%的酰胺基直接键合在芳香环上,每个重复单元的酰胺基中的氮原子和羰基均直接与芳香环中的碳原子相连接并置换其中的一个氢原子,我国将其定名为芳纶。它包括全芳族聚酰胺纤维和杂环芳族聚酰胺纤维2大类,全芳族聚酰胺纤维主要包括对位的聚对苯二甲酰对苯二胺和聚对苯甲酰胺纤维、间位的聚间苯二甲酰间苯二胺和聚间苯甲酰胺纤维、共聚芳酰胺纤维以及如引入折叠基、巨型侧基的其它芳族聚酰胺纤维;杂环芳族聚酰胺纤维是指含有氮、氧、硫等杂质原子的二胺和二酰氯缩聚而成的芳论,如有序结构的杂环聚酯胺纤维等。由于聚对苯二甲酰对苯二胺（对位芳纶，其产品有Kevlar，Twaron，国产芳纶II）是中国市场上应用最广的芳纶，本文中芳纶均指对位芳纶。 1.2芳纶纤维的应用 纤维增强树脂基复合材料因有比强度高、比模量大、比重小等特点,而得到广泛应用。先进复合材料的增强材料有碳纤维、硼纤维、超高分子量聚乙烯纤维和芳纶纤维。芳纶纤维具有模量高、强度大以及耐热性和化学稳定性等特点,与金属和碳纤维相比,具有更低的介电常数[1],芳纶纤维与各种树脂制成高性能复合材料广泛应用于航天航空、电子信息等领域,
芳纶纤维表面改性及其增强树脂基复合材料制备的研究进展
工 程 塑 料 应 用 ENGINEERING PLASTICS APPLICATION 第46卷，第8期2018年8月 V ol.46，No.8Aug. 2018 149 doi:10.3969/j.issn.1001-3539.2018.08.027 芳纶纤维表面改性及其增强树脂基 复合材料制备的研究进展 张雄斌，贺辛亥，程稼稷 (西安工程大学材料工程学院，西安 710048) 摘要：综述了近年来芳纶纤维的表面改性方法，包括表面活化法、共聚改性法、络合改性法等化学改性方法及涂层法、高能射线法、等离子体改性法等物理改性方法，指出了各种改性方法存在的不足；介绍了芳纶纤维增强树脂基复合材料的制备方法，包括拉挤成型、模压成型、树脂传递模塑(RTM)成型、湿法缠绕成型等，对比分析了各种制备方法的优缺点；对其未来的研究方向和发展趋势进行了展望。 关键词：芳纶纤维；表面改性；树脂基复合材料；制备方法；发展趋势 中图分类号：TB332 文献标识码：A 文章编号：1001-3539(2018)08-0149-05 Research Progress on Surface Modification of Aramid Fibers and Preparation of Their Reinforced Resin Matrix Composites Zhang Xiongbin ， He Xinhai ， Cheng Jiaji (School of Materials Science & Engineering ， Xi ’an Polytechnic University ， Xi ’an 710048， China) Abstract ：The modification methods of aramid fibers were reviewed. These modification methods include chemical modifica-tion methods and physical modification methods. Chemical modification methods include surface activation method ，copolymeriza-tion modification ，complexing modification ，etc. Physical modification methods include coating method ，high energy ray method ，plasma modification and so on. The shortcomings of various modification methods were pointed out. The preparing techniques of ar-amid fibers reinforced resin matrix composites were introduced. These preparation methods include pultrusion ，mold forming ，resin transfer molding (RTM) and wet winding ，etc. The advantages and disadvantages of various preparation methods were compared and analyzed. Their future research direction and development trend were proposed. Keywords ：aramid fiber ；surface modification ；resin matrix composite ；preparation method ；development trend 芳纶纤维是一种高性能纤维，具有相对密度小、高模量、耐剪切等优异性能，被广泛应用于航空航天、军事、机械等领域[1–2]，但因芳纶纤维内部具有的高结晶度、高取向度等特殊结构，需对芳纶纤维进行表面改性，以增加纤维表面的粗糙度和引入有化学反应活性的官能团，提升与基体之间的反应活性，增强与基体之间的粘结性能[3]。为改善界面结合性能，对芳纶纤维进行表面改性，同时借助优异的制备方法获取高性能芳纶纤维增强树脂基复合材料一直是该领域研究的热点[4]。笔者综述了芳纶纤维表面改性及其树脂基复合材料的制备方法，展望了芳纶纤维增强树脂基复合材料未 来研究的重点方向和发展趋势。1 芳纶纤维表面改性 芳纶纤维因其光滑的表面，惰性的化学结构导致其与基体材料之间的粘结性能较差，制约了其广泛应用[5]。根据芳纶纤维表面改性方法的不同，主要分为化学改性和物理改性两种。1．1 化学改性 化学改性是指借助化学反应在纤维的表面引入一定量的活性反应基团，从而提升纤维与基体之间的粘附作用[6]。根据改性机理的不同，对芳纶纤维表面进行化学改性的方法 基金项目：中国纺织工业联合会指导性项目(2015116，2016052)，陕西省工业科技攻关项目(2016GY-014)通讯作者：贺辛亥，博士，教授，主要从事复合材料设计及成型研究 E-mail ：he_xinhai@https://www.wendangku.net/doc/401868081.html, 收稿日期：2018-06-10 引用格式：张雄斌，贺辛亥，程稼稷.芳纶纤维表面改性及其增强树脂基复合材料制备的研究进展[J].工程塑料应用，2018，46(8)：149–153. Zhang Xiongbin ，He Xinhai ，Cheng Jiaji. Research progress on surface modification of aramid fibers and preparation of their reinforced resin matrix composites[J]. Engineering Plastics Application ，2018， 46(8)：149–153.
芳纶纤维表面改性研究
芳纶纤维表面改性研究进展 摘要：分析了芳纶纤维目前存在的问题，综述了芳纶的各种改性技术进展，包括表面涂层、化学改性、物理改性等，并展望了芳纶纤维改性技术的发展前景。关键词：芳纶纤维；表面改性；表面涂层；化学改性；物理改性Progress in surface modification of Aramid fibers Abstract：The present problems of aramid fibers were analyzed，and the progress in the modification of aramid fibers was reviewed。The methods of modification include coating，chemical-modification，physical-modification，and so on。 The trends of development in the modification of aramid fibers were pointed out。 Key words：Aramid fibers；surface modification；coating；chemical-modification；physical-modification 芳纶是目前世界上发展最快的一种高性能化学纤维，它是由美国杜邦公司最先开始研制的。其聚合物大分子的主链由芳香环和酰胺键构成，且其中至少85%的酰胺键直接键合在芳香环上，每个重复单元的酰胺基中的氮原子和羰基均直接与芳香环中的碳原子相连，并且置换其中一个氢原子的聚合物称为芳香聚酰胺树脂，由它纺成的纤维总称为芳香聚酰胺纤维，我国定名为芳纶[1]。自20世纪70 年代初，芳纶在美国核潜艇“三叉戟”C4潜地导弹的固体发动机壳体上应用以来，芳纶现在已经被广泛应用在很多行业。据统计，用于防弹衣、头盔等约占7%~8%；航空航天材料和体育材料约占40%；轮胎和胶带骨架等约占20%；高强绳索等约占13%[2]。从间位芳香族聚酰胺的结晶结构分析测试可知，从酰胺平面测量得亚苯基环的两面角成30°，这就使得它的结构相当稳定，并且亚苯基-酰胺之间和C-N键旋转的高能垒阻碍了间位芳香族聚酰胺分子链，成为完全伸直链的构象。它晶体里的氢键作用强烈，使其化学结构稳定，这就赋予间位芳香族聚酰胺纤维优越的耐热性、阻燃性和耐化学腐蚀性。对位芳香族聚酰胺的结晶结构为假斜方晶系，大分子链在结晶区域是完全伸长的。 NH-O 的角度是160°，这
高性能增强材料——芳纶纤维
高性能增强材料——芳纶纤维 安源 摘要: 芳族聚酰胺纤维由美国杜邦公司于20世纪60年代首先开发并最早实现工业化生产。该产品可以用做增强材料。介绍芳族聚酰胺纤维的发展、性能、制备及其应用。 关键词：芳纶；性能；制备；应用 1 概述 增强材料就像树木中的纤维，混凝土中的钢筋一样，是复合材料的重要组成部分，并起到非常重要的作用。它不仅能使材料显示出较高的抗张强度和刚度，而且能减少收缩，提高热变形温度和低温冲击强度等。复合材料的性能在很大程度上取决于纤维的性能、含量及使用状态。例如在纤维增强复合材料中，纤维是承受载荷的组元，纤维的力学性能决定了复合材料的性能。 芳纶是芳族聚酰胺纤维的通称,主要分为聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)纤维(芳纶1414)和聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)纤维(芳纶1313)。美国杜邦公司于20世纪60年代首先开发出芳纶1313和芳纶1414 ,并最早实现工业化生产(商品名分别为Nomex和Kevlar)。1987年推出了KevlarHT、Kevlar68和Kevlar149。1986年荷兰阿克苏(Akzo)公司生产出Twaron纤维; 1987年日本帝人公司生产出Technora纤维。而中国于1972年开始进行芳纶的研制工作,并于1981年通过芳纶14的践定,1985年又通过芳纶1414的鉴定,它们分别相当于美国杜邦公司的Kevlar29和Kevlar49。 2 全球芳纶纤维的发展概况 全球芳纶纤维产能主要集中在日本、美国和欧洲，生产芳纶纤维的公司也较为集中，目前全球从事芳纶纤维生产的厂家主要有５个：美国杜邦公司（Kevlar）、日本帝人公司（Twaron、Technora）、俄罗斯卡明斯克化纤股份公司（SVM、Apmoc、Rusar）和特威尔化纤股份公司（SVM、Apmoc）、韩国科隆公司（Kolon），其他国家或公司仅有少量生产。 2009年，全球芳纶纤维生产能力约9.51万t／a，其中对位芳纶纤维产能约6.61万t／ａ，杜邦和帝人二家公司产能合计6.15万t／ａ，占对位芳纶纤维产能的93%；间位芳纶纤维的产能约为2.9万t／ａ，主要的生产公司仍为杜邦公司，产能为全球总产能的75%以上。预测到2015年全球对位芳纶纤维产能可达11.0万t／ａ，问位芳纶的产能为5.2万t／ａ。 2009年全球芳纶纤维的消费量约为7.5万t，其中对位芳纶纤维5.2万t，间位芳纶纤维2.3万t。芳纶纤维的消费区域主要也集中在美国、欧洲和日本。欧洲是世界芳纶纤维的最大消费市场，其消费量占全球总消费量的48%，约为3.6万t；美国消费量占全球36，约2.7万t；日本消费量约占全球11%，约0.8万t；其他地区约0.4万t。随着生产技术的发展以及生产成本的逐步降低，芳纶纤维的消费领域已经逐步从应用于军工和航天领域的特殊材料，发展成为在工业和民用领域有着广泛应用的高性能材料。 3 我国芳纶纤维的基本概况
芳纶纤维表面改性研究
摘要 论文介绍了芳纶纤维的种类、性能以及目前国内外芳纶表面改性的常用方法及研究进展。芳纶纤维高模量、高强度、低密度、耐氧化、耐腐蚀的性能使其在橡胶工业、信息技术产业、纺织业领域有着广泛的应用前景。由于表面的惰性限制了芳纶纤维的应用，因而其表面处理尤为重要，硝化/还原、氯磺化等化学改性和等离子体、电子束等物理改性均可改善芳纶纤维表面的物理和化学状态，提高其与基体间的粘合性能。 关键词：芳纶／环氧复合材料；等离子体：表面；浸润性
芳纶纤维表面改性研究 专业：纺织工程姓名：李鑫陵学号：0820301018 全芳香族聚酰胺泛指至少85％的酰胺键和两个芳环相连的长链合成聚酰胺，由此类聚合物制得的纤维称为芳香族聚酰胺纤维(Aramid fiber)。在我国此类纤维被称作芳纶。间位芳香族聚酰胺(PMIA)纤维称为芳纶1313；对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维称为芳纶1414。其中“1313、1414”代表酰胺基团与苯环相连接的位置。国外有关芳纶1313的商品主要有：美国杜邦的Nomex@、日本帝人的Conex@等；有关芳纶1414的商品主要有：美国杜邦的kevlar@、荷兰的Twaron@、日本帝人的Technora@等。 芳纶纤维是由美国杜邦公司最先研制的一种由刚性分子链形成的高结晶度、高取向度材料，具有相对密度小、耐疲劳、耐剪切等一系列优异性能，在橡胶工业等领域广泛用于芳纶纤维增强复合材料。复合材料的性能与基体相、增强相及两相界面结合状况均有关，良好的界面结合可使复合材料更好地发挥力学性能。芳纶具有刚性分子结构，分子对称性高，横向分子间作用力弱，分子间氢键弱，横向强度低使得在压缩及剪切力作用下容易产生断裂；由于具有较高的结晶度，使得纤维表面光滑、无反应活性，导致其与大多数基体之间的界面粘附性很差，因此，要改善芳纶纤维与复合材料的界面结合情况，充分发挥芳纶优异的力学性能，就要对芳纶表面进行改性处理。 1 芳纶纤维的表面改性方法 芳纶的表面改性可以通过等离子体、超声波等物理技术或硝化/还原、氯磺化等化学方法，在纤维表面引入羟基、羰基等极性或活性基团，与基体间形成反应性共价键结合，从而提高纤维与基体间的粘合强度。 1.1 共缩聚改性 通过在芳纶分子链中引入具有不同结构的第三单体，在基本保持原有优良性能的前提下，改善芳纶纤维的溶解性、耐疲劳性等性能。 Bernhard等采用取代对苯二胺和二氯对苯二酰共缩聚反应，制备不同的刚性棒状芳香族聚酰胺，其主要晶体结构与对位芳纶类似，不同的是，在热处理中不会发生结构变化，苯环取代的空间位阻和电子效应导致纤维固态结构不同。
芳纶纤维介绍
芳纶 芳纶(芳族聚酰胺纤维)可能是最知名的特种纤维，由尼龙而来，且与尼龙极其类似。芳纶中含5％直接与两个芳香环相连的酰胺键。著名的品牌，包括杜邦的Nomex和Kevl~，以及日本帝人公司与Kevl~非常相似的Twaron纤维。Kevl~的强度和模量比传统的高强尼龙纤维，分别高2倍和9倍。 Kevlar能够应用于如下领域：防弹材料、复合材料支撑物，振动延续阻滞物、轮胎增强材料，高应力作业下的机械橡胶布、高强低延伸的绳索。Nomex与Kevlar在化学组成上不同，它用异酞酰胺取代对酞酰胺，从而获得有优异耐热性的纤维，在高温条件下有优异的性能。 随着芳纶在安全和强力市场领域应用的深入，市场应用将会缓慢增加，但其量不会显著扩大，问题在于产量／价格／利润之间的相互关系。从Spandex大量上市导致价格下降的经验来看，如果纤维价格下跌20％-50％，纤维的产量将会急剧增加芳纶纤维全称为"聚对苯二甲酰对苯二胺"，英文为Aramid fiber，是一种新型高科技合成纤维，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能，其强度是钢丝的5～6倍，模量为钢丝或玻璃纤维的2～3倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的1/5左右，在560度的温度下，不分解，不融化。它具有良好的绝缘性和抗老化性能，具有很长的生命周期。芳纶的发现，被认为是材料界一个非常重要的历史进程。 芳纶的发明:20世纪60年代由美国杜邦（DuPont）公司成功地开发并率先产业化; 芳纶的发展: 在30多年的时间里，芳纶纤维走过了由军用战略物资向民用物资过渡的历程，价格也降低了将近一半。现在国外芳纶无论是研发水平还是规模化生产都日趋成熟。在芳纶纤维生产领域，对位芳酰胺纤维发展最快，产能主要集中在日本和美国、欧洲。如美国杜邦的Kevlar纤维，荷兰阿克苏诺贝尔（Akzo Nobel）公司（已与帝人合并）的Twaron 纤维，日本帝人公司的Technora纤维及俄罗斯的Terlon纤维等。间位芳酰胺纤维的品种有Nomex、Conex、Fenelon纤维等。美国杜邦生产的Kevlar纤维，目前就有Kevlar一49、Kevlar－29等十多个牌号，每个牌号又有数十种规格的产品。杜邦公司在去年宣布将扩大Kevlar纤维的生产能力，该扩建项目预计在今年年底完工。帝人、赫斯特等芳纶生产的知名企业也不甘示弱，纷纷扩产或联合，并积极开拓市场，希望成为这个朝阳产业的生力军 芳纶纤维在高性能纤维世界中有独特地位。它是强度很高的纤维——以相同重量为基础，是钢材强度的5倍；其另一种卓越性能是极高的比张力模量（抗拉伸）——其韧度是最常用的增强纤维E-玻璃纤维的三倍。 它具有固有的不可燃性，连续使用温度范围极宽，由﹣320。F（﹣196。C）到400。F（204℃）。可耐受超过1000°F（538℃）的材料作有限度接触。 芳纶KEVLAR是杜邦公司独一无二的aramid纤维系列的注册商标，有四种类型的产品出售——芳纶KEVLAR 29、KEVLAR129、KEVLAR 49、KEVLAR 149。 芳纶是用于增强子午线轮胎及其机械用橡胶制品，如软管、输送带及动力传送皮带而专门设计制造的品种。芳纶的工业专门用途，例如绳索、缆绳、防弹织物、涂层织物、
EN71-1玩具机械物理性能要求
EN71-1玩具机械物理性能要求详解 EN71-1玩具机械物理性能要求 涉及到玩具的机械物理安全性能，主要在EN71-1：2005+A4：2007《玩具安全--机械和物理性能》标准中规定。这部标准是欧洲标准化委员会发布的与88/378/EEC《玩具安全指令》相协调的玩具安全标准。EN71-1标准对出口到欧盟市场的玩具进行指导生产、安全质量控制起到重要作用。该标准的适用范围是：供14岁及以下儿童玩耍而设计生产的玩具，此类的特点大多数是体积较小、重量轻。下面介绍EN71-1标准的技术要求： 1、材料要求 玩具本身和用于制造玩具的所有材料目视检查应清洁干净，无污染；材料的检查应凭正常视力检查，而不是放大检查。 2、组装玩具 成套玩具是由儿童进行组装的，应对于可供儿童使用的每一部件和组装完成的玩具进行测试。组装玩具的要求不适用于组装活动本身具有特殊娱乐价值的玩具。 如果玩具由于成人组装后再交儿童玩耍的，则对组装后的完整玩具进行检测，而不需要对单个部件进行检测。 用于组装的玩具必须附有详细组装指南，指南中须指出是否有必要由成人组装或在使用前由成人检查组装是否正确。 3、柔韧塑料薄膜 带有柔韧塑料薄膜的玩具须遵从以下要求： （1）无衬底的薄膜如面积大于100mm×100mm，则该薄膜的平均厚度必须大于0.038mm。 （2）薄膜厚度小于0.038mm且面积大于100mm×100mm, 必须在任意30mm×30mm面积内的薄膜上打孔，孔的总面积最小应占薄膜总面积的1%。 （3）对于塑料气球，不需要充气或损坏后测量其厚度，直接对双层塑料薄膜测量其厚度。 4、玩具袋 玩具袋开口周长大于380mm，并用束带作收口，应符合以下要求： （1）用渗透(透气)材料制成，或
芳纶纤维表面络合改性研究
目录 摘要 ............................................................................................................................................ I II ABSTRACT ..................................................................................................................................... V 第一章绪论. (1) 1.1 芳纶纤维简介 (1) 1.2 芳纶纤维表面改性研究进展 (2) 1.3 络合作用在聚酰胺改性中的应用 (8) 1.4 本课题的主要研究内容 (10) 1.5 本课题拟解决关键问题 (11) 第二章实验方案与表征方法 (13) 2.1 主要实验材料及实验仪器 (13) 2.2 芳纶纤维的表面处理与改性 (14) 2.3 芳纶纤维性能表征方法 (15) 2.4 芳纶纤维增强环氧树脂基复合材料的制备 (16) 2.5 芳纶/天然橡胶复合材料的制备及性能测试 (17) 第三章不同溶剂处理效果及CaCl2溶液络合改性芳纶纤维表面 (19) 3.1 不同溶剂对芳纶纤维表面处理的影响 (19) 3.1.1 CaCl2水溶液处理 (19) 3.1.2 LiCl水溶液处理 (20) 3.1.3 CaCl2乙醇溶液处理 (21) 3.1.4 LiCl水乙醇溶液处理 (22) 3.1.5 CaCl2乙醇溶液对芳纶纤维表面的改性 (22) 3.1.6 LiCl乙醇溶液对芳纶纤维表面的改性 (23) 3.2 CaCl2乙醇溶液对芳纶纤维结构与性能的影响 (23) 3.2.1 红外分析 (23) 3.2.2 XPS分析 (24) 3.2.3 SEM观察 (27) 3.2.4 单丝拉伸强度分析 (28) 3.2.5 芳纶纤维改性前后结晶度变化分析 (29) 3.2.6 AFM分析 (31) 3.2.7 CaCl2络合处理对芳纶纤维/环氧树脂复合材料层间剪切强度的影响 (32) 3.3 小结 (37) 第四章LiCl乙醇溶液对芳纶纤维结构与性能的影响 (39) 4.1 LiCl改性对芳纶纤维表面化学组分的影响 (39) 4.1.1 XPS分析 (39) 4.1.2 FTIR分析 (42) 4.2 LiCl处理前后芳纶纤维表面物理形貌的观察与分析 (43)
芳纶纤维概述
芳纶纤维 凡聚合物大分子的主链由芳香环和酰胺键构成，且其中至少85%的酰胺基直接键合在芳香环上，每个重复单元的酰胺基中的氮原子和羰基均直接与芳香环中的碳原子相连接并置换其中的一个氢原子的聚合物称为芳香族聚酰胺纤维，我国定名为芳纶纤维。 芳纶纤维有两大类：全芳族聚酰胺纤维和杂环芳族聚酰胺纤维。全芳族聚酰胺纤维主要包括对位的聚对苯二甲酰对苯二胺和聚对苯甲酰胺纤维、间位的聚间苯二甲酰间苯二胺和聚间苯甲酰胺纤维、共聚芳酰胺纤维以及如引入折叠基、巨型侧基的其它芳族聚酰胺纤维。杂环芳族聚酰胺纤维是指含有氮、氧、硫等杂质原子的二胺和二酰氯缩聚而成的芳纶纤维，如有序结构的杂环聚酰胺纤维等。1、聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）纤维 PPTA纤维是芳纶在复合材料中应用最为普遍的一个品种。中国于80年代中期试生产此纤维，定名为芳纶1414（芳纶II）。芳纶纤维具有优异的力学、化学、热学、电学等性能。PPTA纤维具有高拉伸强度、高拉伸模量、低密度、优良吸能性和减震、耐磨、耐冲击、抗疲劳、尺寸稳定等优异的力学和动态性能；良好的耐化学腐蚀性；高耐热、低膨胀、低导热、不燃、不熔等突出的热性能以及优良的介电性能。
2、聚对苯甲酰胺（PBA）纤维 中国于80年代初期曾试生产此纤维，定名为芳纶14（芳纶I）。芳纶I的拉伸强度比芳纶II低约20%，但拉伸模量却高出50%以上。芳纶I热老化性能好，这些性能用作某些复合材料的增强剂是很有利的。 3、芳纶共聚纤维 采用新的二胺或第三单体合成新的芳纶是提高芳纶纤维性能的重要途径。 （1）对位芳酰胺共聚纤维它是由对苯二甲酰氯与对苯二胺及第三单体3，4'-二氨基二苯醚在N，N'-二甲基乙酰胺等溶剂中低温缩聚而成的。共聚物溶液中和后直接进行湿法纺丝和后处理而得的各种产品。 （2）聚对芳酰胺苯并咪唑纤维一般认为它们是在原PPTA的基础上引入对亚苯基苯并咪唑类杂环二胺，经低温缩聚而成的三元构聚芳酰胺体系，纺丝后再经高温热拉伸而成。 ◆芳纶纤维的应用 1、先进复合材料：（1）航空航天领域；（2）舰船中的应用；（3）汽车工业。 2、防弹制品：（1）硬质防弹装甲板；（2）软质防弹背心。
玻璃纤维的物理性能与加工工艺
玻璃纤维的物理性能和加工工艺 一．物理性能 1.外观特点 一般天然或人造的有机纤维，其表面都有较深的皱纹。而玻璃纤维表面呈光滑的圆柱体，其横断面几乎都是完整的圆形，宏观来看，表面光滑，所以纤维之间的抱合力非常小，不利于和树脂粘结。由于呈圆柱体，所以玻璃纤维彼此靠近时，空隙填充的较密实。这对提高玻璃钢制品的玻璃含量是有利的。 2.密度 玻璃纤维的密度较其它有机纤维为大，但比一般金属密度要低，几乎和铝一祥。因此在航空工业上用玻璃钢代替铝钛合金就成为可能。玻璃纤维的密度与成分有密切的关系，一般为左右，但含有大量重金属的高弹玻璃纤维密布度可达cm3，一般来说无碱纤维的密度比有碱纤维密度要大，见下表。 3.抗拉强度 玻璃纤维的抗拉强度比同成分的玻璃高几十倍，例如有碱玻璃的抗拉强度只有 40-100MPa ，而用它拉制的玻璃纤维强度可达2000MPa，其强度提高了20-50 倍，从下表可以看出，玻璃纤维的拉伸强度比高强合金钢还要高。
4.耐磨性和耐折性 玻璃纤维的耐磨性是指纤维抗摩擦的能力；玻璃纤维的耐折性是指纤维抵抗折断的能力。玻璃纤维这两个性能都很差。当纤维表面吸附水分后能加速微裂纹扩展，使纤维耐磨性和耐折性降低。为了提高玻璃纤维的柔性以满足纺织工艺的要求，可以采用适当的表面处理。如经%阳离子活性剂水溶液处理后，玻璃纤维的耐磨性比未处理的高200倍，纤维的柔性一般以断裂前弯曲半径的大小表示。弯曲半径越小，柔性越好。如玻璃纤维直径为9μm时，其弯曲半径为，而超细纤维直径为μm时，其弯曲半径为。 5.弹性 玻璃纤维的延伸率纤维的延伸率是指纤维在外力作用下，直至拉断时的伸长百分率。玻璃纤维的延伸率比其它有机纤维的延伸率低，其伸长的程度与所施加的力成正比，直到纤维断裂为止，不存在屈服点。负荷去掉后可以恢复原来长度，因此玻璃纤维是完全的弹性体。 6.电性能 由于玻璃纤维的介电性好，耐热性良好，吸湿性小，并且不燃烧，所以无碱玻璃纤维制品 在电气、电机工业中得到了广泛而有效的应用。 7.热性能 玻璃纤维的导热性低，特别是玻璃棉制品密度小，寿命长和耐高温，广泛用于建筑和工业的保温、隔热和隔冷，是一种优良的热绝缘材料。玻璃的导热系数（通过单位传热面积13温度梯度为1℃/m ，时间为1h 所通过的热量）为），但拉制玻璃纤维后，其导热系数只有产生这种现象的原因，主要是纤维间的空隙较大，密度较小。密度越小，其导热系数越小，主要是因为空气导热系数低所致。导热系数越小，隔热性能越好。当玻璃纤维受潮时，导热系数增大，隔热性能降低。 8.吸声性能 玻璃纤维还有优良的吸声、隔声性能，在建筑、机械和交通运输方面得到广泛的应用。吸声系数是当声波传到物体表面时，物体表面所吸收的声能与落在表面总声能的比值。一般材料的吸声系数大小与声源物体振动频率有关。例如用棉花制成的隔声物质，当音频为２００ＨＺ变到１２００ＨＺ时，吸声系数可由０.09 变到，所以各种材料的吸声系数都有一定的音频特性。玻璃棉的吸声系
芳纶纤维材料及其应用
芳纶纤维材料及其应用 摘要：本文对芳纶纤维的发展概况，结构性能以及主要应用领域作简单介绍。最后分析一下芳纶纤维的发展前景。 关键词：芳纶纤维材料；芳纶1313；芳纶1414；结构性能；应用；发展前景 Aramid fiber material and its application Abstract：In this paper, the general development of aramid fiber, structure, performance and main application field are introduced.Finally, analysis of the development of the aramid fiber Key words:Aramid fiber material;Aramid 1313; Aramid 1414;Structure performance; Application; Future development 1 芳纶纤维概况 芳纶纤维即芳香族聚酞胺纤维，是以芳香族化合物为原料经缩聚纺丝制得的合成纤维。芳香族聚酰胺纤维首先是由美国杜邦公司于1965年引入市场的。这种间位取向的芳香族聚酰胺纤维称作Nomex。上世纪70年代早期，杜邦公司开发了第二种产品即对位芳香族聚酰胺纤维Kevlar，并且此后一直占据芳纶的首要地位，直到1986年荷兰Akzo公司的Twaron、1987年日本帝人公司的Technora及俄罗斯的ARMOC纤维的出现，才使Kevlar独占体系崩溃。[1] 芳纶纤维工业化的产品有两种：芳纶1313（全称为聚间苯二甲酰间苯二胺纤维）和芳纶1414（全称为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维）。芳纶纤维具有良好的抗冲击和耐疲劳性能，有良好的介电性和化学稳定性，耐有机溶剂、燃料、有机酸及稀浓度的强酸、强碱，耐屈折性和加工性能好。它可用普通织机编织成织物，编织后其强度不低于原纤维强度的90%[2]。 2 芳纶1313 2.1发展情况 芳纶1313最早由美国杜邦公司研制成功并实现工业化生产，产品注册为Nomex（诺美克斯）。1967年正式工业化生产。是一种耐高温纤维，由聚间苯二甲酰间苯二胺构成，是目前所有耐高温纤维中产量最大，应用最广的一个品种。日本Teijin公司于1974年也成功实现商业化，商品名为Conex ，其主要侧重纤维的开发，除常规纤维品种外，还有染色纤维、高度阻燃稳定纤维Conex FR和耐候性极好的Conex L。另外，还有日本Unitika公司的
用傅克反应改性芳纶纤维表面以增强与环氧树脂的界面结合力(一)
用傅克反应改性芳纶纤维表面以增强与环氧树脂的界面结合力 刘铁民1，郑元锁2，胡杰2 1西安交通大学，材料科学与工程学院，陕西，西安710049 1西安交通大学，理学院，陕西，西安710049 摘要：在本文中，用傅-克反应作为一种新型的途径对芳纶纤维表面进行化学改性。经表面改性后，芳纶纤维与环氧树脂的界面剪切强度增强50%。用X射线光电子能谱分析仪检测芳纶纤维表面的元素，用傅-克反应处理后的芳纶纤维表面的氧碳比增加。用X射线衍射仪检测芳纶纤维的结晶状态，用扫描电子显微镜检测芳纶纤维的表面形貌。结果显示，本文所采用的表面改性方法适合工业化应用，该方法不仅可以明显提高芳纶纤维与环氧树脂基复合材料的界面结合强度，而且对芳纶纤维本身的强度几乎没有负面影响。采用新方法也能使芳纶纤维表面的吸湿性增加。 关键词：芳纶纤维，界面性能，表面处理，傅-克反应 引言 芳纶纤维以低密度、高拉伸模量为特点，因而它作为一种很好的聚合物增强材料广泛的应用于航天、航空、导弹发射等领域。 众所周知，纤维和聚合物的界面直间影响复合材料的机械性能，然而，芳纶纤维表层高的结晶度以及分子链缺乏极性官能团，使得芳纶纤维表面的化学性质很不活泼，表面非常光滑，从而造成其与树脂基的粘附性非常差。因此，芳纶纤维的表面改性很有必要，以增强界面结合力。目前，人们已经开发出很多方法对芳纶纤维进行表面改性，例如化学处理、物理处理以及二者并用。物理处理方法主要是超声处理。物理化学法主要包括离子辐射、等离子处理及接枝聚合。尽管后两种方法研究了很长时间，由于低的安全性及可行性导致它们任然只适合实验室的研究，并且高成本以及随着时间的推移表面改性会发生“降解效应”，但是化学改性的方法却方便的多，通过化学反应在芳纶纤维与树脂基形成稳定的化学键作用，因而使芳纶纤维改性后有很好的稳定性，并适合工业化批量生产。 另一方面，传统的化学改性方法主要包括以下几个方面：（1）通过在苯环上的硝化或磺化反应对芳纶表面进行刻蚀；（2）通过酰亚胺上的活性氢原子的接枝反应在分子链上引入活性官能团。但是化学改性很难控制表面处理的深度及程度，并且不可避免的会降低芳纶纤维本身的强度，这是因为强氧化性酸对芳纶纤维表面的腐蚀性和破坏性所造成的。由于酰亚胺、羰基及苯环的共轭效应及苯基的位阻效应导致酰亚胺的氢原子不活泼，从而造成物理化学处理的方法处理芳纶的效果非常差。 傅-克反应是发生在苯环上的非常重要的亲电取代反应，在本文中，傅-克反应作为一种新的化学接枝反应（下文中所提到的新方法）的实施打破了苯环的屏蔽效应和大的位阻效应，正如插在山顶上的天线一样。通过XPS、SEM、FTIR来表征芳纶纤维表面的特征。通过XRD 表征芳纶纤维的结晶态和纤维表面的润湿性。通过SPF测试研究界面结合强度。 实验 仪器设备 油浴（TC-202，上海精细精密仪器厂，上海，中国）用来控制控制温度及保持反应器的预设温度。FTIR（Nicolet8700，Thermo Fisher Scientific）、XPS(ESCA PHI 1600, Physical Electronics)、XRD (XRD-6000, shimadzu, Japan)、吸湿性测试仪（C20，索伦科技有限公司，上海，中国）用来测试芳纶纤维的表面特征。SEM (S-3500H, Quasi-S Pte, Japan)用来观察处理后芳纶纤维表面的形貌变化。用动态接触角分析仪（SB213，北京）测试芳纶纤维表面的吸湿性。
芳纶纤维
芳纶纤维 摘要：芳纶纤维是一种新型高科技合成纤维，是由美国杜邦公司在2O世纪60年代成功开发并率先产业化的纤维产品。芳纶纤维的问世被认为是材料界发展的一个重要里程碑。由于芳纶纤维具有优良的性能，在我国的航空航天，体育用材料，轮胎，高强绳索等材料中有广泛的应用，因此受到了普遍的关注。本文介绍了芳纶纤维的结构、性能、用途及生产方法,分析了芳纶纤维的国内外发展现状,并对我国发展高性能芳纶纤维提出了几点建议。 关键词:芳纶纤维;结构;性能;用途;生产技术;发展建议 芳纶纤维主要分为对位芳纶纤维(芳纶1414)和间位芳纶纤维(芳纶1313)。芳纶纤维是一种高性能合成纤维，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能，其强度是钢丝的5～6倍，模量为钢丝或玻璃纤维的2～3倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的0．2倍左右。此外，芳纶纤维还具有良好的绝缘性和抗老化性能，其应用领域十分广泛。对位芳纶纤维主要用于橡胶增强制品、防弹织物、复合结构材料、线缆材料、隔热隔声、防辐射结构板等。间位芳纶纤维主要用于电器绝缘纸、阻燃织物、隔热隔声、防辐射结构板、飞行器承力结构材料、烟尘过滤袋等。 1、芳纶纤维结构 芳纶纤维的全称是芳香族聚酰胺纤维, 是一种高强度、高模量、低密度和高耐磨性的有机合成纤维。芳纶分为对位芳纶纤维(PPTA)和间位芳纶纤维( PMIA)两种。聚对苯二甲酰对苯二胺纤维是PPTA最有代表性的一种, 英文全称 AramidFiber ,其化学结构式如下图： 关于芳纶纤维的微观结构,颇具代表性的主要有皮、芯层结构模型,Morgan 等人认为,每一根单纤均具有可区分的皮、芯特征,皮层和芯层具有不同的结构和性能。皮层厚度在0.1-lμm,且表现出类似小云母片的结构形态,在长度方向上则保持结构一致性,而芯层却没有这种结构。阿克苏·诺贝尔公司的科学家van A
芳纶布的种类及特性
芳纶布的种类及特性 芳纶布，即凯芙拉布，芳纶纤维布，芳纶织物。 主要有以下几种 1、芳纶纤维无捻粗纱织物，主要用芳纶1414长丝，无捻粗纱是由平行原丝或平行单丝集束而成的。生产粗纱所用芳纶纤维的单丝直径从5～15μm不等。无捻粗纱的号数从100号到8000号（tex）。无捻粗纱可直接用于某些复合材料工艺成型方法中，如特种纺织、片材预浸、管道缠绕、型材拉挤等工艺，无捻度的纱线因其张力均匀，可织成无捻粗纱布和特种芳纶织物，用于航天、国防、军工等特种行业。 2、芳纶无纺布，毡片，芳纶纸，用于绝缘保温 3、芳纶纤维加捻细纱布，芳纶织物，芳纶面料，主要用芳纶1313或少量1414短纤 （1）芳纶纤维加捻细纱布主要是指用芳纶1313或少量1414短纤维纱线加捻后织造的各种织物。主要用于防火阻燃等领域。织物的特性由纤维性能、经纬密度、纱线结构和织纹所决定。经纬密度又由纱结构和织纹决定。经纬密加上纱结构，就决定了织物的物理性质，如重量、厚度和断裂强度等。有五种基本的织纹：平纹、斜纹、缎纹、罗纹和席纹。 （2）芳纶加捻织带，分为有织边带(光边带)和无织边带（毛边带）主要织法是平纹。用于制造高强度、介电性能好的电气设备零部件以及汽车胶管等。 （3）芳纶帘子布，即加捻的芳纶单向织物浸胶而成,其特点是在经纱0度或者纬纱90度方向上具有高强度。其中经向单向织物是一种粗经纱和细纬纱织成的四经破缎纹或长轴缎纹织物，用于飞机轮胎和高级汽车轮胎。 （4）立体织，立体织物是相对平面织物而言，其结构特征从一维二维发展到了三维，从而使以此为增强体的复合材料具有良好的整体性和仿形性，大大提高了复合材料的层间剪切强度和抗损伤容限。它是随着航天、航空、兵器、船舶等部门的特殊需求发展起来的，目前其应用已拓展至汽车、体育运动器材、医疗器械等部门。主要有五类：机织三维织物、针织三维织物、正交及非正交非织造三维织物、三维编织织物和其它形式的三维织物。立体织物的形状有块状、柱状、管状、空心截锥体及变厚度异形截面等。 （5）异形织物，异形织物的形状和它所要增强的制品的形状非常相似，必须在专用的织机上织造。对称形状的异形织物有：圆盖、锥体、帽、哑铃形织物等，还可以制成箱、船壳等不对称形状。 （6）槽芯织物，槽芯织物是由两层平行的织物，用纵向的竖条连接起来所组成的织物，其横截面形状可以是三角形或矩形。 （7）缝编织物，亦称为针织毡或编织毡，它既不同于普通的织物，也不同于通常意义的毡。最典型的缝编织物是一层经纱与一层纬纱重叠在一起，通过缝编将经纱与纬纱编织在一起成为织物。 3、组合芳纶布 即把芳纶毡、芳纶无捻粗纱织物和芳纶无捻粗纱等，按一定的顺序组合起来的芳纶复合布。 青岛新天成纺织有限公司创立于1976年（原青岛第十三棉纺织厂）至今已有37年历史。公司占地60余亩，职工300多名，拥有纱锭37000枚，倍捻锭2000枚，织布机100台，主要生产各种规格芳纶线，阻燃线，芳纶缝纫线，芳纶布，纱线，丙纶纱线和面料，阻燃缝纫线，芳纶纱线和面料，及其它芳纶类产品下面就由青岛新天成纺织来给大家介绍下苏伦布的特性。 1、良好的机械特性间位芳纶是一种柔性高分子，断裂强度高于普通涤纶、棉、尼龙等，伸长率较大，手感柔软，可纺性好，可生产成不同纤度、长度的短纤维和长丝，在一般纺织机械制成不同纱支织成面料、无纺布，经过后整理，满足不同领域的防护服装的要求。
对位芳纶纤维的表面物理改性研究进展
对位芳纶纤维的表面物理改性研究进展 摘要：对位芳纶纤维具有高强度耐热耐磨等优异特性，然而过高的分子取向度降低了其纤维与染料、树脂的结合力。该文阐述了对位芳纶关于表面物理改性方法，着重介绍了等离子、超声和辐照技术在对位芳纶改性中的应用。 关键词：对位芳纶物理改性等离子处理超声波处理γ射线辐照 中图分类号：TM215 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）03（b）-0146-02 对位芳纶学名为聚对苯二甲酰对苯二胺，其产品统称为1414芳纶，由于其优异的高强度、高模量、耐高温等特性可作为增强材料用于航空航天、交通、土木和军工应用等领域。对位芳纶纤维表面改性处理的研究国内外多有报道，依据其作用机理主要可分为物理改性、化学改性等方法。该文重点对芳纶纤维所具有的表面物理改性实施有效报道。 1 对位芳纶纤维表面物理改性 物理法主要借助高能射线、等离子体、紫外辐射以及超声波等在纤维表面形成自由基反应活性中心，与其表面单体发生反应后引入极性基团，可提高纤维的侵润性和粗糙度，从而提高芳纶与基体的粘结强度。 1.1 等离子体法
等离子体法在实际应用过程中，主要是借助冷等离子体空间含有相对较多的反应活性中心，其中高能量能够对芳纶表面实施改性，进而形成相应的自由基活性中心，之后其实施裂解、氧化以及自由基转移等反应，最终形成活性基团。该法在不同气氛下能够对芳纶纤维表面引入不同的极性基团，改善纤维的润湿性，增大比表面积，以此来提高纤维复合材料的界面粘接性。1994年，台湾Sheu等利用NH3、O2、H2O对Kevlar49进行等离子改性，目的在于提高与环氧树脂之间的粘结性能。而J R Brown等采用NH3以及O2气氛对芳纶实施等离子改性研究中结果显示改性后的纤维材料在层间剪切强度以及弯曲强度方面已经有了相对明显的提升。 Fang等借助空气等离子体方法，让芳纶纤维的表面快速形成了相应的含氧以及含氮基团；Su等通过氧等离子对芳纶纤维表面进行了相关处理，从而在一定程度上增加了纤维表面实际粗糙度以及含氧官能团数，增强了纤维和双马来酰胺树脂间所具有的粘结性，界面剪切强度大约提升了40%。Caixia Jia等在常压下采用空气介质阻挡放电形成的等离子体处理芳纶纤维。Ren等发现湿度对Kevlar纤维的等离子处理效果产生影响，约5.5%的湿度环境下的等离子体处理，能够在纤维表面获得更高的N与O的含量。 1.2 超声波辐射法 超声波辐射法的应用可以在超声作用下，使气泡在破
针织物之物理性能
针织物之物理性能 收入纬博：专业知识 针织物与梳织物有很大区别，针织物具有一定的特性，其主要物理机械性指标有多种，通过其物理机械性之特点，及测量数据便可成为针织物之基本指标。 [一]密度(STITCH DENSITY)：织物的密度对外观影响很大，密度是表示针织物在一定纱线细度条件下的疏密程度，通常用规定长度的线圈数来表示，有横向密度和纵向密度两种： (1)横向密度(COURSEWISE DENSITY)：简称横密，是指沿线圈横列方向规定长度(50mm)内的线圈数目。 PA=50/A PA─横向密度A─圈距50─规定长度(mm) (2)纵向密度(WALEWISE DENSITY)：简称纵密，是指沿线圈纵行方向规定长度(50mm)内的线圈数目。 PB=50/B
PB─纵向密度B─圈高50─规定长度(mm) 总密度：针织物在规定单位面积内的线圈数。 密度对比系数：针织物横向密度对纵向密度的比值。 针织物的密度是目前考核针织物之物理性能的一个重要指标。 [二]线圈长度(LOOP LENGTH)：针织物的线圈长度，是指每一个线圈的纱线长度，由线圈的圈干及其延展线段所组成。一般以毫米(mm)为单位，线圈长度的近似计算和测量方法有三种： (1)按线圈在平面上的投影长度进行计算。 (2)把线圈拆散再量度其实际线圈长度。 (3)在针织机编织时，利用仪表实测其线圈长度。 线圈长度与针织物的密度有关，对针织物的机械性能如：脱散性、延伸性、耐磨性、弹性、强力以及抗起毛球性和勾丝性等，存在很大的影响，是评定针织物的一项重要物理指标。 [三]未充满系数(LINEAR MODULUS OF STITCH)： 未充满系数又称线圈线性模数，表示针织物在相同密度条