芳纶纤维表面改性及其性能的研究

摘要

芳纶纤维具有高强度、高模量、耐热性好、密度低等优良性能，芳纶制品已得到了广泛应用。目前，芳纶纤维增强复合材料还面临一些问题，主要是芳纶纤维较高的结晶度及苯环空间位阻作用，使得纤维表面光滑，活性官能团较少，从而导致其与基体材料的界面相容性较差，难以起到高性能增强体的作用。因此，对芳纶纤维进行表面改性处理是获得高性能复合材料的关键。同时，芳纶纤维功能化应用已成为研究热点，功能化芳纶纤维在导电、电子屏蔽和抗菌材料等领域具有潜在的应用价值。

本文围绕芳纶纤维的表面改性、功能化和应用进行了探索。对芳纶纤维进行表面改性研究，探索了一种芳纶纤维表面改性的方法；对芳纶纤维进行功能化镀银处理，探索了一种芳纶纤维功能化的方法；采用芳纶纤维增强聚乳酸，探索了一种芳纶纤维增强树脂基复合材料的应用途径。

（1）对芳纶纤维进行表面改性研究，采用氯化钙乙醇溶液和多巴胺水溶液对芳纶纤维进行改性处理，研究了改性前后芳纶纤维表面的化学组成和结构、微观形貌、粗糙度以及纤维的单丝拉伸强度和芳纶纤维/环氧树脂复合材料的界面性能的变化，并对改性后芳纶纤维的抗紫外性能进行了研究。结果表明，采用CaCl2乙醇溶液和多巴胺水溶液先后处理纤维时，芳纶纤维表面能够形成致密、均匀的聚多巴胺涂层，表面粗糙度增大，表面活性基团增加，复合材料的ILSS 增大，纤维的表面结构损伤较小，其单丝拉伸强度下降幅度较小，此方法比单一方法改性时综合效果更优。紫外老化测试表明，经过CaCl2乙醇/多巴胺处理后，芳纶纤维的抗紫外性能得到了提高，这是由于聚多巴胺沉积在纤维表面起到了紫外屏蔽的作用，减弱了纤维的紫外老化损伤。

（2）在芳纶纤维表面改性的基础上，对改性芳纶纤维进行功能化处理，采用化学镀的方法对其进行功能化镀银，研究了芳纶纤维功能化后表面化学组成、微观形貌、热稳定性、电学性能。结果表明，采用化学镀的方法对改性芳纶纤维进行功能化镀银处理，聚多巴胺能够吸附更多的银离子，同时其自身具有还原能力，能够在纤维表面原位还原银离子，在镀银反应中起到还原剂的作用。通过添加还原剂，可以促进纤维表面形成连续、均匀、致密的纳米银层，当AgNO3浓

度达到20g/L后，纤维表面的银层达到稳定，其电阻值也趋于稳定。

（3）在芳纶纤维表面改性的基础上，将芳纶纤维加入到聚乳酸材料中，通过熔融法制备了芳纶纤维/聚乳酸复合试样。研究了芳纶纤维加入后，芳纶纤维/聚乳酸复合试样的热学性能、结晶性能、断面形貌、力学性能、流变性能和MFR 值的变化，同时比较了纤维加入量不同对复合试样性能的影响。结果表明，芳纶纤维加入后，聚乳酸的结晶度增加；芳纶纤维能够促进聚乳酸α晶体的形成；改性芳纶纤维与聚乳酸的相容性更好，它们的界面结合性能更优，同时，当改性芳纶纤维加入量为1.5%，纤维存在团聚现象，从而使纤维与聚乳酸难以有效结合。芳纶纤维加入后，聚乳酸的拉伸强度得到了提高，芳纶纤维/聚乳酸复合试样的稳态黏度和复数黏度增大，同时复合试样的MFR值也比纯PLA更小。

关键词：芳纶纤维；表面改性；功能化；导电；聚乳酸；