芳纶Ⅲ增强浆料制备及其防刺性能的研究

发布时间：2020-05-30 20:34

【摘要】：芳纶Ⅲ纤维是一种新型杂环高性能纤维,具有高强度、高模量、耐高温等特性,主要应用于军工、航空、航天、个人防护等领域。但芳纶Ⅲ纤维呈明显的皮芯结构,表面高度结晶,骨架结构苯环存在强位阻效应,分子间横向作用力较弱,受力作用时纤维整体力学性能下降;表面呈化学惰性,与树脂之间浸润性差,不易上浆。除此之外,未经改性处理的芳纶Ⅲ的无捻法测试的强度为23 cN/dtex,无法达到作为制备防弹UD布原材料的要求;且未经处理的芳纶织物也不能达到制备防刺装备的参数要求。因此,研发出既能提高芳纶Ⅲ纤维强度,又能提高织物防刺性能的浆料具有很大的意义。针对上述问题,本课题提出用水性树脂浆料涂层改性的方法对芳纶Ⅲ纤维表面进行处理,改善树脂在纤维表面的润湿,增强纤维集束性,进而提高纤维拉伸断裂强力和织物防刺性能。首先以提高芳纶Ⅲ纤维拉伸断裂强力为目标,优选出合适的浆料单体,并加入乳化剂、水溶性聚合物类助剂来制备复配浆料。通过对浆液的稳定性、粒径、表面张力、接触角以及纤维的断裂强度等的测试分析,优选出最佳的芳纶Ⅲ纤维增强浆料。并利用热重分析仪和红外光谱图对优选的最佳浆料的热稳定性和结构性能进行分析。其次,选用优选的浆料对芳纶Ⅲ纤维表面进行涂层改性,并研究不同上浆率对芳纶Ⅲ纤维的拉伸断裂强度的影响。通过扫描电镜(SEM)、傅立叶红外光谱仪(IR)、X射线光电子能谱(XPS)等手段表征了芳纶Ⅲ纤维上浆前后的变化。结果表明,经过浆料上浆处理后,芳纶Ⅲ表面形貌发生了变化;经浆料处理后纤维强力明显提高,当上浆率为3%时,纤维平均拉伸断裂强度提高到28.25 cN/dtex,与原丝相比提高14.16%。最后,选用优选的浆料对芳纶平纹织物进行改性处理,通过扫描电镜和万能强力机对处理后织物表面形貌和拉伸、防刺性能等进行测试,并进一步研究了改性芳纶织物对顶破强力和对不同刀具的穿刺强力。结果表明,浆料层能起到抗冲击、缓冲作用,与未处理织物相比,当上浆量为10 wt%时,织物的平均拉伸断裂强力提高127%,刀刺平均静态穿刺力提高104%,锥刺穿刺强力提高到了原来的4.1倍,平均顶破强力提高到了原来的13倍。
【图文】：

皮芯结构,芳纶,纤维

链方向原子以共价键结合形成表皮，垂直于轴向的链段上酰胺基的羰基（－ＣＯ－）与逡逑相邻基团上的Ｈ原子结合成氢键作为纤维芯部，使得纤维表皮部分高度结晶，逡逑芯部结晶度相对较小，使纤维具有典型的“皮－芯”结构（如图１－１）［１３］。逡逑两者不同之处在于芳纶ＩＩＩ纤维链上引入了苯并咪唑的杂环结构，在一定程逡逑度上降低了纤维结构的对称性和整规性，结晶度降低，而分子链呈伸直链的构象，逡逑使其拉伸强度和拉伸模量等力学性能比ＰＰＴＡ高［１４］。同时在主链上引入了邋Ｎ、０逡逑等元素，增强了分子之间相互作用力；杂环结构的引入使得纤维无定形区Ｎ含逡逑量相对要高，易于与树脂间形成氧键结合，有助于提高纤维复合材料性能［１５］。逡逑表—ｒ逦／邋［邋／邋ｉ逡逑Ｉ邋！逡逑图１－１芳纶ＩＩＩ纤维皮芯结构图［１３］逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ａｒａｍｉｄ邋ＩＩＩ邋ｆｉｂｅｒ邋ｓｈｅａｔｈ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ逡逑３逡逑

工艺图,芳纶,工艺,模量增强

苯并咪唑），，并在ＮＭＰ／ＬｉＣｌ等强极性溶剂的条件下部分代替对苯二胺（ＰＰＤＡ）与逡逑对苯二酰二氯（ＴＰＣ）得到的［１２】。芳纶ＩＩＩ纤维的制成主要采用湿法纺丝工艺，其制逡逑备工艺如图１－２示。纤维树脂原液在经由纺丝、热处理两步成型工艺后，取向度逡逑和规整度提高，使得结构结晶度增大（结晶度＞６３％），纤维的强度和模量增强［１６】。逡逑因此
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ342.72

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