芳纶浆粕的表面改性及其增强橡胶的性能研究

发布时间：2019-05-09 16:18

【摘要】：对位芳纶浆粕(AP)是一种既耐高温又具有高度分散性的原纤化PPTA纤维产品,其化学结构规整高度刚性,保留了PPTA纤维优良的物理机械性能。相比于PPTA纤维,芳纶浆粕表面具有丰富的毛羽微纤,高比表面积,使其与基体的复合效果得到提高。但是,芳纶浆粕表面不具有亲水基团,导致其表面活性较低;同时芳纶浆粕表面大量微纤之间团聚缠结的现象导致它在橡胶(NBR)等基体中的分散性不理想,最终影响芳纶浆粕性能的发挥。为了改善浆粕纤维的分散性与复合材料界面结合状况,更好发挥地其优异的物理机械性能,本课题采用多巴胺(DOPA)浸渍液处理芳纶浆粕的方法来提高纤维表面性能,进一步通过预分散体(PD)改善芳纶浆粕的分散性,最终达到提高橡胶复合材料性能的目的。多巴胺在适当的环境中可通过氧化自聚合反应粘附在芳纶浆粕表面,利用X射线光电子能谱(XPS)、红外光谱测试(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、元素分析(EA)等测试方法验证多巴胺在碱性环境下可以很好的粘附在芳纶浆粕表面。同时探究了多巴胺浸渍液的浓度、浸渍时间、芳纶浆粕含量对橡胶复合材料力学性能、动态热机械性能、表面亲水性能以及耐油性能的影响。实验结果表明随着多巴胺浸渍液浓度的增大,浸渍时间的延长,dopa-ap/nbr复合材料的性能显著提高。最佳浸渍处理条件如下:多巴胺浸渍液浓度为2.0g/l,浸渍时间为24h,芳纶浆粕含量为1phr。在此条件下制备的芳纶浆粕表面均匀覆盖聚多巴胺层,由其制备的橡胶复合材料拉伸性能较未改性ap/nbr复合材料提高了2.85倍,80℃时储能模量增幅100%以上,耐油性提高了85%。利用传统表面改性方法磷酸(h3po4)水溶液法处理芳纶浆粕。通过sem、xps等测试对芳纶浆粕,结果表明芳纶浆粕表面有裂痕出现,表面撕裂,表面o/c值增大,表面官能团-oh含量明显增大。通过对h3po4-ap/nbr复合材料力学性能、耐油性能的表征,确定磷酸溶液最佳浓度为30%。由其制备的橡胶复合材料拉伸性能较未改性ap/nbr复合材料提高了2.45倍。测试结果表明多巴胺浸渍液的改性作用整体优于磷酸溶液。采用自制基体上浆剂(msa)处理芳纶浆粕制备预分散体(pd),分别制备出dopa-ap-pd/nbr,dopa-ap/nbr,ap-pd/nbr,ap/nbr四种橡胶复合材料。通过光学显微镜观察发现改性芳纶浆粕在预分散体中分散均匀,浆粕纤维之间几乎没有缠结现象,自制基体上浆剂对改性芳纶浆粕的湿润能力好。对橡胶复合材料性能表征发现,当芳纶浆粕含量为1phr时,dopa-ap-pd/nbr复合材料相对于dopa-ap/nbr复合材料的最大拉伸强度提高了近1.70倍;dopa-ap-pd/nbr复合材料相对于ap/nbr复合材料的最大拉伸强度提高了4.90倍;在同一实验条件下,dopa-ap-pd/nbr复合材料的动态热机械性能最好,DOPA-AP/NBR复合材料次之;DOPA-AP-PD/NBR复合材料的耐油性最好,DOPA-AP/NBR复合材料次之。实验研究表明多巴胺可有效改善芳纶浆粕表面活性,改善芳纶浆粕与橡胶间结合情况,进一步利用预分散体可明显改善芳纶浆粕在橡胶中的分散性,增强后的橡胶产品在材料强度和耐油性能方面得到了提高,可应用在密封材料等方面。因此,研究开发环保高效芳纶浆粕的表面改性方法对其增强橡胶复合材料性能的提高及产业化具有重要意义与价值。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB332

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本文编号：2472909