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芳纶纤维的表面改性及其性能研究

司帅  
【摘要】:芳纶纤维是一种高性能的合成纤维,其分子内部苯环交替排列,分子链呈刚性棒状结构,内部高度取向和结晶,赋予了其极优异的耐热性、超高强度、阻燃、耐腐蚀、膨胀系数小等一系列优点,因此,芳纶纤维被广泛用作高性能的结构和功能材料。然而,规整的结构、缺少极性基团导致芳纶纤维的表面活性较低,极大地限制了芳纶纤维的应用范围。为了充分发挥芳纶纤维的优异性能,拓展其应用领域,常常需要对方纶纤维的表面加以修饰。本文以多巴胺作为表面改性剂,采用提拉法对PPTA长纤进行表面修饰,得到了表面覆有致密聚多巴胺的活化芳纶纤维。并探究了多巴胺的浓度、提拉次数对修饰效果的影响。通过红外光谱、X射线光电子能谱、X射线衍射、热失重、扫描电镜、接触角、断裂强力实验分别表征了改性前后PPTA纤维表面的化学成分、结晶结构、热稳定性、微观表面形貌、浸润性和力学性能的变化。结果显示,经过改性后的PPTA纤维,表面明显包覆了一层聚多巴胺活性层,活性官能团—氨基和羟基增加,水接触角由143.50°减小到120.6°,亲水性增强;改性后纤维的结晶结构、热稳定性和力学性能并未发生变化。且发现随着多巴胺浓度和提拉次数的增加,纤维表面包覆层逐步致密,最佳包覆条件为:多巴胺浓度为2 g/L,提拉次数为15次。接着,以活化纤维PPTA@PDOPA为原料,采用化学镀银法,制备了复合导电芳纶纤维。同样采用红外光谱、X射线衍射、热失重、扫描电镜、线电阻和断裂强力对制备的PPTA@PDOPA@Ag导电纤维进行化学成分、结晶结构、热稳定性、微观形貌、电性能和力学性能进行了一系列表征。发现镀银后的芳纶纤维,结晶结构、热稳定性和力学性能基本未变,但表面包覆了一层连续致密的银层,导电性能大幅度提高,线电阻可达到0.03?/cm。同时还探究了硝酸银浓度、葡萄糖浓度和镀银时间对镀银效果的影响,得到最佳镀银条件为:硝酸银浓度:20 g/L;葡萄糖浓度:20 g/L;镀银时间为25 min。引入CW01型缠绕机和自制带孔玻璃槽,采用机械滚轮法模拟工业连续化生产,对PPTA纤维进行活化,并用连续化所得活性PPTA纤维,用以制备导电芳纶。着重探究了工业连续化条件,最后得到最佳连续化条件为:滚轮转速:20 r/min;芳纶行走距离S:24m。


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