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1、近年來(lái),芳綸纖維作為重要戰(zhàn)略物資受到廣泛關(guān)注,尤其是高模量、高強(qiáng)度芳綸纖維的國(guó)產(chǎn)化。本文以國(guó)產(chǎn)對(duì)位GF-1纖維、Kevlar49纖維、Kevlar49纖維布為研究對(duì)象,利用超臨界二氧化碳流體超強(qiáng)的溶脹能力和攜帶能力,協(xié)助甲苯二異氰酸酯(TDI)改性芳綸纖維,將TDI攜帶進(jìn)入芳綸內(nèi)部及淺表面,使TDI與芳綸纖維發(fā)生化學(xué)反應(yīng),成功地對(duì)芳綸內(nèi)部及表面進(jìn)行了改性。采用纖維強(qiáng)伸度儀、粘度法、動(dòng)態(tài)力學(xué)分析(DMA)、掃描電子顯微鏡(SEM)、傅立葉
2、紅外光譜(FTIR)等表征方法,系統(tǒng)地研究了改性前后結(jié)構(gòu)與性能之間的演變規(guī)律,并通過對(duì)芳綸布處理制備復(fù)合材料,直觀驗(yàn)證了表面改性效果。此外,建立了一套物理化學(xué)聯(lián)用改性法,即在超臨界流體改性時(shí)在纖維外部加張力,并調(diào)節(jié)張力大小,取得了良好效果。主要研究結(jié)果如下:
(1)超臨界 CO2攜帶 TDI改性后,隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)、溫度的升高和壓力的增大,強(qiáng)度和模量都先增大后減小,合理控制工藝,可實(shí)現(xiàn)纖維強(qiáng)度和模量同時(shí)優(yōu)化,對(duì)于GF-1纖維
3、,我們得出的最佳處理?xiàng)l件是:P=12MPa,T=100℃,t=60min,對(duì)于K49纖維,P=13MPa, T=120℃,t=80min。結(jié)構(gòu)分析可知,TDI與分子鏈發(fā)生反應(yīng),由于超臨界CO2流體的攜帶作用,TDI被成功帶入纖維內(nèi)部,并發(fā)生擴(kuò)鏈和交聯(lián)反應(yīng),且對(duì)纖維無(wú)定形區(qū)進(jìn)行了塑化及化學(xué)反應(yīng),改善了纖維的無(wú)定形區(qū),使纖維力學(xué)性能上升。
?。?)處理過程中施加張力,并進(jìn)行了系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),新方法可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度和模量的同時(shí)提升
4、,施加張力可以進(jìn)一步提高纖維的力學(xué)性能,超臨界流體攜帶 TDI與纖維發(fā)生反應(yīng),增大了其分子量,且由于外加張力的存在,纖維發(fā)生進(jìn)一步取向和結(jié)晶,最終的結(jié)果是GF-1纖維外加張力在42N,Kevlar49纖維在48N改性效果最佳,這一方法為國(guó)產(chǎn)對(duì)位芳綸纖維的后處理改性及高強(qiáng)高模量化開創(chuàng)了一條新道路。
?。?)我們發(fā)現(xiàn)超臨界二氧化碳流體攜帶 TDI改性時(shí)芳綸纖維的界面粘合性和表面粗糙度增加,通過改性芳綸纖維布,利用VARI及模壓成型分
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