芳纶Ⅲ纤维的原位改性及产物电磁学性能研究

发布时间：2017-12-15 11:25

  本文关键词：芳纶Ⅲ纤维的原位改性及产物电磁学性能研究

  更多相关文章： 芳纶Ⅲ纤维 聚吡咯 磁性粒子 原位负载 电磁功能材料

【摘要】：随着电子电气、通讯及信息技术的飞速发展,具有电磁屏蔽和吸波功能的复合材料的开发应用具有重要意义。由于优异的机械力学性能和优良的耐高温和耐苛刻环境性能,芳纶Ⅲ纤维有望在经电磁学性能改性后而成为一类极具竞争力的电磁功能材料。本文采用较为简单易行的液相原位聚合法,在纤维表面原位聚合形成导电聚吡咯(Polypyrrole,PPy)和磁性粒子(如四氧化三铁,Fe_3O_4)膜层,保证芳纶Ⅲ纤维优良力学性能同时,又赋予芳纶Ⅲ纤维电磁功能,制备出结构-电磁功能一体化的复合纤维。目前主要采用对合成方法和工艺参数的调控,来调控芳纶Ⅲ纤维表面化学原位负载的功能材料膜层厚度和颗粒度均匀,使得制备的负载纤维具有优良的电磁功能。探索原位制备导电芳纶Ⅲ纤维。以三氯化铁(FeCl_3)为氧化剂,研究掺杂剂种类对芳纶Ⅲ纤维表面原位负载PPy复合纤维物化性能的影响。通过SEM分析发现,在未使用掺杂剂的情形下,实现了 PPy的原位负载,但得到的复合纤维质量不佳。通过SEM和FT-IR分析发现,以酸(盐酸(HCl)、磷酸(PhA)、氨基磺酸(SA)、草酸(OA))和盐(磷酸二氢钾(MAP)、靛蓝二磺酸钠(IC))为掺杂剂在芳纶Ⅲ纤维表面实现PPy原位负载。掺杂剂使复合纤维表面负载的PPy膜层形貌比较均一,其中OA/PPy-F_3的PPy膜层最为均匀。XRD结果表明,相比于原芳纶Ⅲ纤维,OA/PPy-F_3的结晶度下降最低。对其电磁学性能分析发现,复合纤维的电导率相比于原芳纶Ⅲ纤维可提高14个数量级。OA/PPy-F_3具有最佳的反射损耗,在3.5mm厚度时,其模拟反射损耗可达-39.7dB。在择优选择OA为掺杂剂时,研究单因素调控OA浓度对复合纤维物化性能的影响。SEM结果表明,随着OA浓度的增大,制备的纤维产物的平均直径先增后减,其中物OA-2的PPy膜层最为均匀致密;根据SEM和FT-IR结果,可以研究OA对芳纶Ⅲ表面负载PPy膜层的影响机制为:OA与FeCl_3形成配位化合物[Fe(C_2O_4)_3]~(3-)对PPy膜层的生长有定向作用而使得在合适的浓度下形成均匀PPy膜层。XRD结果表明,复合纤维结晶峰强度随着OA浓度的增大,先下降后上升。对系列复合纤维的电磁学性能分析发现,系列复合纤维物的导电率随着OA含量的增加而下降,由0.933 S/cm下降到0.0094 S/cm。产物厚度为3.5 mm时,复合纤维产物OA-2具有最佳的反射损耗值,可达-39.7 dB。在择优选择草酸掺杂剂浓度时,单因素研究氧化剂变化对复合纤维结构和性能的影响。SEM和XRD结果表明,随着FeCl_3浓度的增大,制备的产物直径逐渐增加,产物OX-3(即OA-2)表面负载的PPy膜层最为均匀致密;其结晶度逐渐下降。对系列复合纤维的电磁学性能分析发现,随着FeCl_3浓度的增大,导电率逐渐增加,系列导电率由0.0138 S/cm上升到1.433 S/cm。在材料厚度为3.5 mm时,原位负载PPy膜层厚度适中且致密的OX-3具有最优反射损耗,其值为-39.7 dB。探索芳纶Ⅲ纤维原位负载铁氧体磁性粒子。以二氯亚铁(FeCl2)和氢氧化钠(NaOH)为前驱体,以水热合成法在酸性高锰酸钾经刻蚀后的芳纶Ⅲ纤维表面(m-F)原位合成磁性纳米粒子Fe_3O_4。SEM和FT-IR结果表明,由于酸性高锰酸钾的刻蚀,导致m-F表面含有羟基和氨基和粗糙表面,因而Fe_3O_4可在m-F纤维表面的原位生长。经刻蚀后的m-F结晶度大幅度下降;随着温度的升高,复合纤维的结晶度逐渐下降,且Fe304会进一步被氧化成Fe_2O_3。系列复合纤维的电磁学性能结果表明,在厚度为3.5mm时,在2-7GHz范围内,Fe_3O_4/F_3-2具有最优的吸波性能;在7-15 GHz范围内,Fe_3O_4/F_3-4具有最优的吸波性能。
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ342.72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 陈乐;龙柱;王士华;李志强;郭帅;王斌;;酸处理对干法纺甲纶聚酰亚胺纤维增强体性能的影响[J];材料研究学报;2017年02期

2 周烨;张莲莲;周金香;章莉莉;王锡琼;邹专勇;;导电纤维制备现状及其产业发展中面临的问题[J];上海纺织科技;2016年05期

3 朱传涛;张曙光;林荣;;我国芳纶技术发展现状[J];化工新型材料;2014年01期

4 蔡仁钦;彭涛;王凤德;叶光斗;徐建军;;Kevlar 49纤维与芳纶Ⅲ的结构与性能研究[J];合成纤维工业;2010年06期

5 孙福;钱建华;凌荣根;杨斌;孙艳秋;郭城越;王铁军;;炭黑复合导电聚酯纤维的研制[J];纺织学报;2010年01期

6 周娟;肖于德;;金属纤维行业发展趋势[J];湖南有色金属;2008年02期

7 李东风,贾振斌,魏雨;尖晶石型软磁铁氧体纳米材料的制备研究进展[J];电子元件与材料;2003年06期

8 靳武刚;芳纶透波复合材料及在天线结构中的应用[J];高科技纤维与应用;2003年01期

，

本文编号：1291804