表面改性及輻照對(duì)國(guó)產(chǎn)PIPD纖維結(jié)構(gòu)和性能的影響.pdf

1、聚2,5-二羥基-1,4-苯撐吡啶并二咪唑（PIPD）纖維，由荷蘭阿克蘇·諾貝爾公司研發(fā)，其優(yōu)異的力學(xué)性能及與樹(shù)脂間良好的粘結(jié)性能使其成為目前備受關(guān)注的高性能有機(jī)纖維之一。但因其制備工藝保密，且我國(guó)對(duì)其研發(fā)較晚，導(dǎo)致國(guó)產(chǎn)PIPD纖維發(fā)展緩慢。因而，加強(qiáng)對(duì)國(guó)產(chǎn)PIPD纖維的研究尤為重要。本文主要研究表面改性及γ-射線輻照對(duì)國(guó)產(chǎn)PIPD纖維結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。同時(shí)，對(duì)比分析國(guó)產(chǎn)PIPD、PBO和Kevlar纖維的抗紫外老化性能。
　

2、　本文通過(guò)在國(guó)產(chǎn)PIPD纖維表面接枝聚酰胺胺（PAMAM）樹(shù)枝狀大分子、涂覆聚多巴胺和硅烷偶聯(lián)劑KH-550，研究表面改性對(duì)國(guó)產(chǎn)PIPD纖維結(jié)構(gòu)和性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，表面接枝PAMAM及聚多巴胺后，PIPD纖維表面均有顆粒物產(chǎn)生，為接枝分子在纖維表面的聚集體；改性后PIPD纖維表面浸潤(rùn)性顯著改善，表面極性基團(tuán)數(shù)量明顯增加，但纖維力學(xué)性能及其環(huán)氧復(fù)合材料界面剪切強(qiáng)度均有所降低，這可能是由于堿性溶劑的去質(zhì)子化作用對(duì)PIPD纖維中分子間

3、氫鍵造成破壞，導(dǎo)致纖維表層微纖間作用力降低，纖維表面在外力作用下先于復(fù)合材料界面發(fā)生破壞所致。表面涂覆KH-550后，均勻的KH-550分子層修補(bǔ)了PIPD纖維表面的缺陷，使PIPD纖維的力學(xué)強(qiáng)度得到提高；KH-550結(jié)構(gòu)中大量的氨基改善了纖維表面浸潤(rùn)性，并且參與了環(huán)氧基體的固化反應(yīng)，在界面區(qū)形成化學(xué)鍵合，提高了復(fù)合材料的界面粘結(jié)強(qiáng)度。當(dāng)KH-550濃度為20％時(shí)，PIPD的改性效果最好，PIPD纖維拉伸強(qiáng)度及復(fù)合材料界面剪切強(qiáng)度分別提

4、高了4.6%和21%。
　　采用γ-射線輻照對(duì)PIPD纖維進(jìn)行改性，通過(guò)改變?chǔ)?射線的輻照劑量，研究高能射線輻照對(duì)PIPD纖維性能及結(jié)構(gòu)的影響。γ-射線輻照后，纖維力學(xué)強(qiáng)度呈現(xiàn)先減小后增加再減小的趨勢(shì)，當(dāng)輻照劑量為600KGy時(shí)，纖維的力學(xué)強(qiáng)度達(dá)到最大；納米壓痕測(cè)試結(jié)果表明，γ-射線輻照后，纖維的納米硬度及模量的變化趨勢(shì)與力學(xué)強(qiáng)度變化趨勢(shì)相同；X射線衍射（XRD）及分子量分析表明輻照處理前后纖維結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，分子量、結(jié)晶度及晶粒尺

5、寸先減小后增加再減小，當(dāng)輻照劑量為600KGy時(shí)，分子量、結(jié)晶度及晶粒尺寸均達(dá)到最大。γ-射線輻照過(guò)程中，PIPD分子降解和交聯(lián)反應(yīng)同時(shí)發(fā)生，當(dāng)輻照劑量較小時(shí)，PIPD纖維中不完善及存在缺陷的部分發(fā)生降解，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變以降解過(guò)程為主，分子量、結(jié)晶度、晶粒尺寸等微觀結(jié)構(gòu)減小，同時(shí)，纖維的硬度、模量和拉伸強(qiáng)度等宏觀性能逐漸降低；當(dāng)輻照劑量增加時(shí)，纖維中交聯(lián)反應(yīng)占據(jù)優(yōu)勢(shì)，此時(shí)纖維力學(xué)性能逐漸提高；當(dāng)輻照劑量超過(guò)600KGy時(shí)，進(jìn)一步增加輻照強(qiáng)度，

6、PIPD分子鏈在高強(qiáng)度的輻照下逐步降解，導(dǎo)致其力學(xué)性能逐漸下降。
　　對(duì)比分析了國(guó)產(chǎn)PIPD、PBO和Kevlar纖維的抗紫外老化性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)72h紫外老化后，國(guó)產(chǎn)PIPD纖維拉伸強(qiáng)度保留率可達(dá)78%，紫外-可見(jiàn)光譜分析結(jié)果表明，三種纖維中，PIPD纖維在紫外區(qū)吸收強(qiáng)度最低；掃描電鏡結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)紫外老化后，PIPD纖維表面沒(méi)有明顯改變；XRD測(cè)試表明紫外老化后，PIPD纖維的結(jié)構(gòu)并未發(fā)生明顯變化，結(jié)晶度與未經(jīng)紫外老化