锦纶纤维表面络合改性研究以及在橡胶中的应用

摘要 ...................................................................................................................................... IV ABSTRACT .............................................................................................................................. V 第一章绪论 .. (1)

1.1锦纶纤维简介 (1)

1.1.1 锦纶的品种和用途 (2)

1.1.2锦纶纤维的生产 (2)

1.1.3 锦纶的发展前景 (3)

1.2 聚酰胺纤维改性研究进展 (4)

1.2.1 物理改性 (4)

1.2.2 化学改性 (7)

1.3聚酰胺的络合改性 (9)

1.4 本课题主要的研究内容 (10)

1.5 本课题拟解决关键问题 (11)

第二章实验方案与表征方法 (13)

2.1 主要实验材料及实验仪器 (13)

2.1.1 实验材料 (13)

2.1.2 实验仪器 (14)

2.2 锦纶纤维的表面络合改性处理 (14)

2.2.1 锦纶纤维预处理 (14)

2.2.2 锦纶纤维络合改性 (14)

2.3 锦纶纤维表面改性表征方法 (15)

2.3.1 傅里叶红外光谱(FTIR) (15)

2.3.2差示扫描量热分析（DSC） (15)

2.3.3 X射线衍射(XRD) (15)

2.3.4 扫描电子显微镜(SEM) (16)

2.3.5 锦纶纤维单丝拉伸强度测试 (16)

2.4 锦纶纤维/环氧树脂基复合材料的制备 (16)

2.4.1 复合材料层间剪切强度(ILSS)检测 (16)

2.4.2 复合材料断面形貌分析 (17)

2.5 锦纶/天然橡胶复合材料的制备及性能测试 (17)

2.5.1 锦纶/天然橡胶复合材料的制备 (17)

2.5.2 锦纶/天然橡胶复合材料硫化时间的测试 (17)

2.5.3 DMA测试 (18)

2.5.4 力学性能测试 (18)

2.5.5 锦纶纤维/天然橡胶复合材料断面形貌分析 (18)

第三章CaCl2对锦纶66纤维结构与性能的影响及其在橡胶中的应用 (19)

3.1 不同溶剂对锦纶66纤维表面处理的影响 (20)

3.1.1 CaCl2水溶液处理 (20)

3.1.1.1 SEM观察 (20)

3.1.2 CaCl2乙醇溶液处理 (21)

3.2 CaCl2乙醇溶液对锦纶66纤维结构与性能的影响 (22)

3.2.1 CaCl2乙醇溶液对锦纶66纤维表面的改性 (22)

3.2.2 红外分析 (22)

3.2.3 SEM观察 (23)

3.2.4 锦纶66纤维改性前后结晶度变化分析 (24)

3.2.5 单丝拉伸强度分析 (26)

3.2.6 CaCl2络合处理对锦纶66纤维/环氧树脂复合材料层间剪切强度的影响 (27)

3.3 CaCl2络合处理对锦纶66纤维/天然橡胶复合材料性能的影响 (29)

3.3.1 CaCl2处理后锦纶66纤维/天然橡胶复合材料拉伸性能 (29)

3.3.2 CaCl2处理后锦纶66纤维/天然橡胶复合材料撕裂性能 (30)

3.3.3 CaCl2处理后锦纶66纤维/天然橡胶DMA分析 (31)

3.3.4 锦纶66纤维/天然橡胶复合材料断面形貌分析 (32)

3.4 本章小结 (34)

第四章CaCl2对锦纶6纤维结构与性能的影响及其在橡胶中的应用 (36)

4.1 CaCl2乙醇溶液对锦纶6纤维结构与性能的影响 (36)

4.1.1 CaCl2乙醇溶液对锦纶6纤维表面的改性 (36)

4.1.2 红外分析 (36)

4.1.3 SEM观察 (37)

4.1.4 锦纶6纤维改性前后结晶度变化分析 (39)

4.1.5 DSC分析 (41)

4.1.6 单丝拉伸强度分析 (41)

4.1.7 CaCl2络合处理对锦纶6纤维/环氧树脂复合材料层间剪切强度的影响 (42)

4.2 CaCl2络合处理对锦纶6纤维/天然橡胶复合材料性能的影响 (44)

4.2.1 CaCl2处理锦纶6纤维/天然橡胶复合材料拉伸性能 (44)

4.2.2 CaCl2处理锦纶6纤维/天然橡胶复合材料撕裂性能 (45)

4.2.3 CaCl2处理后锦纶6纤维/天然橡胶DMA分析 (46)

4.2.4 锦纶6纤维/天然橡胶复合材料断面形貌分析 (47)

4.3 本章小结 (48)

第五章结论 (50)

参考文献 (51)

致谢 (57)

附录 (58)

摘要

锦纶纤维具有优良的热稳定性、力学性能、耐磨损性及耐化学腐蚀性，在服装、家纺、橡胶制品、绳索等产业领域应用广泛。但是锦纶纤维在增强聚合物材料时，具有高结晶的锦纶纤维度致使其表面光滑、化学活性低，这导致锦纶纤维与聚合物基体的界面粘接性能差，因此锦纶纤维增强聚合物材料时需要对其进行表面改性来提高锦纶纤维与聚合物基体的界面粘接性能。本文采用一种新型的改性方法对锦纶纤维表面进行处理。

（1）采用CaCl2对锦纶纤维进行表面改性，为确定溶液处理的溶剂，研究了不同溶剂的CaCl2溶液处理锦纶纤维的效果，通过SEM观察对比了水和乙醇作为溶剂的处理效果，发现络合改性处理时现乙醇作为溶剂比水效果要好。

（2）通过傅里叶红外（FTIR）锦纶纤维表面的元素组成和基团变化，研究了CaCl2在锦纶纤维改性过程中反应机理；通过场发射扫描电子显微镜（SEM）观察了改性前后锦纶纤维的表面形貌的变化；通过X-射线衍射来研究锦纶纤维晶型和结晶度的变化。发现CaCl2可以和锦纶纤维分子链中的羰基发生络合反应，破坏了锦纶纤维分子链间的氢键，改性后的锦纶纤维表面化学组成发生改变，络合作用能够破坏锦纶纤维分子链的规整性，进而破坏锦纶纤维的结晶区域，降低锦纶纤维的结晶度，从而对锦纶纤维表面进行刻蚀，使锦纶纤维表面形成沟槽，表面粗糙度增大。

（3）通过层间剪切强度和断面SEM形貌，研究了锦纶纤维增强环氧树脂复合材料的界面粘接性能的变化，并寻找最佳处理条件。研究发现对于锦纶66CaCl2乙醇溶液，浓度为5 wt%时处理效果最好，对于锦纶6CaCl2乙醇溶液，浓度为3 wt%时处理效果最好，锦纶纤维/环氧树脂复合材料的ILSS提升最大。

（4）研究了纤维表面改性后与橡胶基体的界面粘接强度，发现络合处理在锦纶纤维表面产生的沟槽可以增加了锦纶纤维的比表面积，这增大了锦纶纤维与橡胶基体的结合面积以及机械螯合力。对于处理后的锦纶66纤维/天然橡胶复合材料的拉伸强度和300%定伸都有提高，复合材料的撕裂性能最大提高了40%；对于处理后的锦纶6纤维/天然橡胶复合材料的拉伸强度和300%定伸也都有提高，复合材料的撕裂性能最大提高了7.2%，提升的幅度有限。

关键词：锦纶纤维；络合作用；环氧树脂；天然橡胶