聚吡咯在芳纶Ⅲ纤维表面的原位合成及产物吸波性能研究
发布时间：2020-12-18 19:00
通过原位合成方法,在芳纶Ⅲ纤维（F3）表面分别负载了以磷酸（PHA）和草酸（OA）掺杂的聚吡咯（PPy）颗粒,从而得到了两类PPy/F3复合产物（PHA-PPy/F3和OA-PPy/F3）。SEM、FT-IR等综合表征结果表明,在PPy/F3复合产物中,PPy颗粒与F3纤维之间除了物理吸附作用以外,还存在较大密度的氢键结合。对F3纤维及两类PPy/F3复合产物的电磁学及吸波性能研究结果表明,相对于原料F3纤维,两类PPy/F3产物的电导率均提高了15个数量级,且介电损耗能力和阻抗匹配效果也得到了显著的提升;两类PPy/F3产物均表现出明显优于F3纤维的吸波性能;在两类PPy/F3产物中,OA-PPy/F3的吸波性能优于PHA-PPy/F3。
【文章来源】：化工新型材料. 2020年08期 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
原料F3纤维（a）及产物PHA-PPy/F3(b）和OA-PPy/F3(c）的数码图片
图1 原料F3纤维（a）及产物PHA-PPy/F3(b）和OA-PPy/F3(c）的数码图片由原料F3的SEM图可见，无论是低倍SEM照片[图2(a）]还是高倍SEM照片[图2(b）]，都清楚地显示出原料F3的纤维表面是光洁的。而根据PHA-PPy/F3[图2(c）、（d）]和OA-PPy/F3[图2(e）、（f）]产物的SEM图，虽然PHA-PPy/F3和OA-PPy/F3仍呈纤维状，但在其纤维表面都明显生成有连续的PPy颗粒物膜层（这与后续FT-IR分析结果具有一致性），对F3纤维形成了致密的裹覆。由PHA-PPy/F3的高倍SEM图[图2(d）]和OA-PPy/F3的高倍SEM图[图2(f）]可知，两类PPy/F3产物中的膜层PPy的颗粒直径均在纳米量级，相对而言，OA-PPy/F3产物中的膜层PPy颗粒较PHA-PPy/F3产物中的膜层PPy颗粒更为细小均匀。
相较于原料F3纤维，两类PPy/F3产物吸波性能的显著提升主要与电导率的急剧提升和大量F3纤维与PPy颗粒之间的异质界面的形成有关。根据电导率测试结果，F3纤维的电导率仅为1.60×10-16S/cm，在绝缘材料范围；PHA-PPy/F3和OA-PPy/F3产物的电导率分别为1.43×10-1S/cm和1.25×10-1S/cm，相对于原料F3纤维均提高了15个数量级，达到了半导体的导电能力。这既显著提升了两类PPy/F3产物的介电损耗能力，也导致其载流子引起的宏观电流增大，从而有利于电磁能转换为热能[10]。另一方面，基于F3纤维与PPy颗粒之间异质界面的形成，在交变电磁场中容易产生较强的异质界面极化效应，从而进一步增强两类PPy/F3产物的电磁波损耗能力[1]。考虑到两类PPy/F3产物具有相当的电导率，尤其OA-PPy/F3产物表现出优于PHA-PPy/F3产物吸波性能，本课题组通过进一步的分析认为，其原因主要归结于OA-PPy/F3产物中的PPy颗粒更细小。由于F3纤维的吸波性能有限，在PPy/F3复合产物中，PPy是主要的吸波组分。因此，OA-PPy/F3产物中的PPy颗粒更细小，意味着其具有更大的比表面，使表面分子和原子的比例增大，从而其与入射电磁波的相互作用及对电磁波的损耗能力也得以增强[23]，最终导致其表现出明显优于PHA-PPy/F3产物的吸波性能。3 结论
【参考文献】：
期刊论文
[1]多孔羰基铁/SiO2/聚吡咯核壳结构复合材料的制备及电磁特性[J]. 谢明达,田晓霞,屈绍波,程花蕾. 无机化学学报. 2018(07)
[2]国产高强高模芳纶Ⅲ纤维的拉伸性能测定[J]. 任忠海,李天宝. 合成纤维. 2018(01)
[3]聚吡咯涂层织物的介电性能研究[J]. 刘元军,李卫斌,赵晓明,武翔. 材料科学与工艺. 2018(02)
[4]氟化改性国产芳纶Ⅲ纤维（F-3A）复合材料的界面性能[J]. 张阳,方毅,刘向阳,王斌,程文,刘爱华. 高分子材料科学与工程. 2016(01)
[5]十二烷基苯磺酸钠掺杂的聚吡咯吸波性能研究[J]. 高敬伟,姚寅芳,黄梦龙,李光,江建明. 材料导报. 2010(24)
[6]芳纶Ⅲ与Kevlar-49纤维组成、结构与力学性能的对比[J]. 周玉玺,曾金芳,王斌. 宇航材料工艺. 2007(03)
硕士论文
[1]芳纶Ⅲ纤维的结构与性能研究[D]. 王红红.西安工程大学 2015
本文编号：2924444
【文章来源】：化工新型材料. 2020年08期 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
原料F3纤维（a）及产物PHA-PPy/F3(b）和OA-PPy/F3(c）的数码图片
图1 原料F3纤维（a）及产物PHA-PPy/F3(b）和OA-PPy/F3(c）的数码图片由原料F3的SEM图可见，无论是低倍SEM照片[图2(a）]还是高倍SEM照片[图2(b）]，都清楚地显示出原料F3的纤维表面是光洁的。而根据PHA-PPy/F3[图2(c）、（d）]和OA-PPy/F3[图2(e）、（f）]产物的SEM图，虽然PHA-PPy/F3和OA-PPy/F3仍呈纤维状，但在其纤维表面都明显生成有连续的PPy颗粒物膜层（这与后续FT-IR分析结果具有一致性），对F3纤维形成了致密的裹覆。由PHA-PPy/F3的高倍SEM图[图2(d）]和OA-PPy/F3的高倍SEM图[图2(f）]可知，两类PPy/F3产物中的膜层PPy的颗粒直径均在纳米量级，相对而言，OA-PPy/F3产物中的膜层PPy颗粒较PHA-PPy/F3产物中的膜层PPy颗粒更为细小均匀。
相较于原料F3纤维，两类PPy/F3产物吸波性能的显著提升主要与电导率的急剧提升和大量F3纤维与PPy颗粒之间的异质界面的形成有关。根据电导率测试结果，F3纤维的电导率仅为1.60×10-16S/cm，在绝缘材料范围；PHA-PPy/F3和OA-PPy/F3产物的电导率分别为1.43×10-1S/cm和1.25×10-1S/cm，相对于原料F3纤维均提高了15个数量级，达到了半导体的导电能力。这既显著提升了两类PPy/F3产物的介电损耗能力，也导致其载流子引起的宏观电流增大，从而有利于电磁能转换为热能[10]。另一方面，基于F3纤维与PPy颗粒之间异质界面的形成，在交变电磁场中容易产生较强的异质界面极化效应，从而进一步增强两类PPy/F3产物的电磁波损耗能力[1]。考虑到两类PPy/F3产物具有相当的电导率，尤其OA-PPy/F3产物表现出优于PHA-PPy/F3产物吸波性能，本课题组通过进一步的分析认为，其原因主要归结于OA-PPy/F3产物中的PPy颗粒更细小。由于F3纤维的吸波性能有限，在PPy/F3复合产物中，PPy是主要的吸波组分。因此，OA-PPy/F3产物中的PPy颗粒更细小，意味着其具有更大的比表面，使表面分子和原子的比例增大，从而其与入射电磁波的相互作用及对电磁波的损耗能力也得以增强[23]，最终导致其表现出明显优于PHA-PPy/F3产物的吸波性能。3 结论
【参考文献】：
期刊论文
[1]多孔羰基铁/SiO2/聚吡咯核壳结构复合材料的制备及电磁特性[J]. 谢明达,田晓霞,屈绍波,程花蕾. 无机化学学报. 2018(07)
[2]国产高强高模芳纶Ⅲ纤维的拉伸性能测定[J]. 任忠海,李天宝. 合成纤维. 2018(01)
[3]聚吡咯涂层织物的介电性能研究[J]. 刘元军,李卫斌,赵晓明,武翔. 材料科学与工艺. 2018(02)
[4]氟化改性国产芳纶Ⅲ纤维（F-3A）复合材料的界面性能[J]. 张阳,方毅,刘向阳,王斌,程文,刘爱华. 高分子材料科学与工程. 2016(01)
[5]十二烷基苯磺酸钠掺杂的聚吡咯吸波性能研究[J]. 高敬伟,姚寅芳,黄梦龙,李光,江建明. 材料导报. 2010(24)
[6]芳纶Ⅲ与Kevlar-49纤维组成、结构与力学性能的对比[J]. 周玉玺,曾金芳,王斌. 宇航材料工艺. 2007(03)
硕士论文
[1]芳纶Ⅲ纤维的结构与性能研究[D]. 王红红.西安工程大学 2015
本文编号：2924444
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