芳綸Ⅲ纖維的原位改性及產(chǎn)物電磁學(xué)性能研究.pdf

1、隨著電子電氣、通訊及信息技術(shù)的飛速發(fā)展，具有電磁屏蔽和吸波功能的復(fù)合材料的開發(fā)應(yīng)用具有重要意義。由于優(yōu)異的機械力學(xué)性能和優(yōu)良的耐高溫和耐苛刻環(huán)境性能，芳綸Ⅲ纖維有望在經(jīng)電磁學(xué)性能改性后而成為一類極具競爭力的電磁功能材料。本文采用較為簡單易行的液相原位聚合法，在纖維表面原位聚合形成導(dǎo)電聚吡咯(Polypyrrole，PPy)和磁性粒子(如四氧化三鐵，F(xiàn)e3O4)膜層，保證芳綸Ⅲ纖維優(yōu)良力學(xué)性能同時，又賦予芳綸Ⅲ纖維電磁功能，制備出結(jié)構(gòu)-電

2、磁功能一體化的復(fù)合纖維。目前主要采用對合成方法和工藝參數(shù)的調(diào)控，來調(diào)控芳綸Ⅲ纖維表面化學(xué)原位負載的功能材料膜層厚度和顆粒度均勻，使得制備的負載纖維具有優(yōu)良的電磁功能。
　　探索原位制備導(dǎo)電芳綸Ⅲ纖維。以三氯化鐵(FeCl3)為氧化劑，研究摻雜劑種類對芳綸Ⅲ纖維表面原位負載PPy復(fù)合纖維物化性能的影響。通過SEM分析發(fā)現(xiàn)，在未使用摻雜劑的情形下，實現(xiàn)了PPy的原位負載，但得到的復(fù)合纖維質(zhì)量不佳。通過SEM和FT-IR分析發(fā)現(xiàn)，以酸(

3、鹽酸(HCl)、磷酸(PhA)、氨基磺酸(SA)、草酸(OA))和鹽(磷酸二氫鉀(MAP)、靛藍二磺酸鈉(IC))為摻雜劑在芳綸Ⅲ纖維表面實現(xiàn)PPy原位負載。摻雜劑使復(fù)合纖維表面負載的PPy膜層形貌比較均一，其中OA/PPy-F3的PPy膜層最為均勻。XRD結(jié)果表明，相比于原芳綸Ⅲ纖維，OA/PPy-F3的結(jié)晶度下降最低。對其電磁學(xué)性能分析發(fā)現(xiàn)，復(fù)合纖維的電導(dǎo)率相比于原芳綸Ⅲ纖維可提高14個數(shù)量級。OA/PPy-F3具有最佳的反射損耗，

4、在3.5mm厚度時，其模擬反射損耗可達-39.7 dB。
　　在擇優(yōu)選擇OA為摻雜劑時，研究單因素調(diào)控OA濃度對復(fù)合纖維物化性能的影響。SEM結(jié)果表明，隨著OA濃度的增大，制備的纖維產(chǎn)物的平均直徑先增后減，其中物OA-2的PPy膜層最為均勻致密;根據(jù)SEM和FT-IR結(jié)果，可以研究OA對芳綸Ⅲ表面負載PPy膜層的影響機制為:OA與FeCl3形成配位化合物[Fe(C2O4)3]3-對PPy膜層的生長有定向作用而使得在合適的濃度下形成

5、均勻PPy膜層。XRD結(jié)果表明，復(fù)合纖維結(jié)晶峰強度隨著OA濃度的增大，先下降后上升。對系列復(fù)合纖維的電磁學(xué)性能分析發(fā)現(xiàn)，系列復(fù)合纖維物的導(dǎo)電率隨著OA含量的增加而下降，由0.933S/cm下降到0.0094S/cm。產(chǎn)物厚度為3.5mm時，復(fù)合纖維產(chǎn)物OA-2具有最佳的反射損耗值，可達-39.7dB。
　　在擇優(yōu)選擇草酸摻雜劑濃度時，單因素研究氧化劑變化對復(fù)合纖維結(jié)構(gòu)和性能的影響。SEM和XRD結(jié)果表明，隨著FeCl3濃度的增大，

6、制備的產(chǎn)物直徑逐漸增加，產(chǎn)物OX-3（即OA-2）表面負載的PPy膜層最為均勻致密;其結(jié)晶度逐漸下降。對系列復(fù)合纖維的電磁學(xué)性能分析發(fā)現(xiàn)，隨著FeCl3濃度的增大，導(dǎo)電率逐漸增加，系列導(dǎo)電率由0.0138S/cm上升到1.433S/cm。在材料厚度為3.5mm時，原位負載PPy膜層厚度適中且致密的OX-3具有最優(yōu)反射損耗，其值為-39.7dB。
　　探索芳綸Ⅲ纖維原位負載鐵氧體磁性粒子。以二氯亞鐵(FeCl2)和氫氧化鈉(NaOH

7、)為前驅(qū)體，以水熱合成法在酸性高錳酸鉀經(jīng)刻蝕后的芳綸Ⅲ纖維表面(m-F)原位合成磁性納米粒子Fe3O4。SEM和FT-IR結(jié)果表明，由于酸性高錳酸鉀的刻蝕，導(dǎo)致m-F表面含有羥基和氨基和粗糙表面，因而Fe3O4可在m-F纖維表面的原位生長。經(jīng)刻蝕后的m-F結(jié)晶度大幅度下降;隨著溫度的升高，復(fù)合纖維的結(jié)晶度逐漸下降，且Fe3O4會進一步被氧化成Fe2O3。系列復(fù)合纖維的電磁學(xué)性能結(jié)果表明，在厚度為3.5mm時，在2-7GHz范圍內(nèi)，F(xiàn)e3