芳綸纖維表面改性對其與橡膠界面及耐紫外性能的影響.pdf

1、芳綸纖維具有高強(qiáng)度、高模量、優(yōu)良的耐疲勞等性能。芳綸/樹脂復(fù)合材料普遍應(yīng)用于交通運(yùn)輸、軍事和國防領(lǐng)域，這是由于其具有優(yōu)良的抗沖擊、斷裂延展性和損傷容限性能，可加工性能好。但芳綸纖維表面晶格致密，呈明顯的皮芯結(jié)構(gòu)，具有高度結(jié)晶的分子鏈結(jié)構(gòu)和較大的位阻效應(yīng)，導(dǎo)致其與橡膠黏結(jié)性較差，使其在輸送帶、輪胎等橡膠制品上的應(yīng)用受到很大的限制，所以，通過對芳綸纖維表面改性提高其與橡膠基體間的黏結(jié)強(qiáng)度非常重要。此外，由于其特殊的物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)，對300～

2、450nm波長的光吸收敏感，包括紫外線和太陽光線到達(dá)地球的部分可見光，會導(dǎo)致纖維的宏觀力學(xué)性能惡化。由于芳綸纖維存在的上述缺陷，本文通過對其進(jìn)行表面改性，從而改善纖維與基體間的黏結(jié)性能，提高其抗紫外輻照性能的目的。
　　本論文結(jié)合芳綸纖維的特性，為了改善其優(yōu)異的物理和化學(xué)性能，特別是纖維增強(qiáng)橡膠復(fù)合材料的抗紫外老化性能和界面黏合性能。選用水性聚氨酯預(yù)聚體(WPUP)包覆納米ZnO粒子(ZnO@WPUP)，對芳綸纖維進(jìn)行表面改性，希

3、望在纖維表面引入大量有機(jī)官能團(tuán)進(jìn)行表面活化，并借助ZnO良好的紫外屏蔽吸收效應(yīng)，使纖維的抗紫外老化性和橡膠復(fù)合材料界面黏結(jié)性得到優(yōu)化。
　　首先，以異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）為合成聚氨酯預(yù)聚體的硬段，加入催化劑，在擴(kuò)鏈劑作用下，通過原位乳液聚合的方法，在納米ZnO表面發(fā)生原位聚合反應(yīng)，最后形成水性聚氨酯預(yù)聚物(WPUP)的壁材。研究結(jié)果表明:ZnO@WPUP乳化改性劑中粒子尺寸達(dá)到約60nm，分散均勻，體系儲存穩(wěn)定，且制備方法

4、簡單，容易控制，對環(huán)境友好，便于工業(yè)化的使用。
　　其次，采用KOH對芳綸纖維表面進(jìn)行預(yù)處理，再將WPUP改性的ZnO對其進(jìn)行二次處理，并通過調(diào)控ZnO和IPDI的配比，得到不同含量的WPUP改性的ZnO粒子，以研究上述方法改性ZnO對芳綸纖維對力學(xué)性能及其與天然橡膠的黏合強(qiáng)度的影響。結(jié)果顯示，經(jīng)過雜化涂劑處理后，芳綸纖維表面被涂覆一層均勻致密的ZnO@WPUP粒子，纖維表面的粗糙度和化學(xué)活性大幅度增加，表面浸潤性大大改善。ZnO

5、@WPUP改性的芳綸/橡膠復(fù)合材料，隨著ZnO@WPUP中IPDI的量增加，橡膠黏附量增加，纖維的抽出力大幅度增大，纖維與橡膠基體的界面黏合性能大幅改善。
　　再次，利用ZnO@WPUP整理劑的紫外線屏蔽作用，對芳綸纖維進(jìn)行不同時間的紫外輻射老化實(shí)驗(yàn)，通過表面形貌、結(jié)晶性能、單纖維拉伸等測試，對改性芳綸的耐紫外性評價。結(jié)果表明:未改性的芳綸纖維紫外光老化現(xiàn)象顯著，斷裂強(qiáng)度下降嚴(yán)重，斷裂強(qiáng)度保持率僅在46.8％，纖維表面出現(xiàn)明顯的刻