芳纶纤维表面的络合改性及其天然橡胶复合材料性能的研究_夏忠林
提升杂环芳纶复合性能的研究进展
引用格式：罗龙波，吕钧炜，翟文，等. 提升杂环芳纶复合性能的研究进展[J]. 航空材料学报，2024，44(2)：117-124.LUO Longbo，LYU Junwei，ZHAI Wen，et al. Advancement in enhancing composite performance of heterocyclic aramid fibers[J]. Journal of Aeronautical Materials，2024，44(2)：117-124.提升杂环芳纶复合性能的研究进展罗龙波1,2*, 吕钧炜1,2, 翟 文3, 张殿波3, 刘向阳1,2*（1．四川大学 高分子科学与工程学院，成都 610065；2．高分子材料工程国家重点实验室，成都 610065；3．中国兵器工业集团第 53所，济南 250031）摘要：杂环芳纶是指主链中含有芳杂环（通常为苯并咪唑）的一类对位芳纶，其具有轻质、高强高模、高耐热、耐溶剂等优异性能。
相比典型的芳纶Ⅱ纤维，杂环芳纶具有更加优异的力学性能，目前在我国的航空航天和防弹防护等领域得到了实际的应用。
然而，与其他有机纤维类似，杂环芳纶由于表面惰性，其与树脂的复合性能相对较低，限制了其在先进复合材料领域的应用。
本文从杂环芳纶表面改性和结构设计两方面出发，总结近年来提高杂环芳纶复合性能的设计思路、技术手段和研究成果，展望其在先进复合材料应用领域的发展趋势，为有机纤维的界面设计及改善界面粘接性提供帮助和参考。
关键词：杂环芳纶；树脂基复合材料；直接氟化；层间剪切强度doi：10.11868/j.issn.1005-5053.2023.000215中图分类号：TS195.6；TB332 文献标识码：A 文章编号：1005-5053(2024)02-0117-08Advancement in enhancing composite performanceof heterocyclic aramid fibersLUO Longbo1,2*, LYU Junwei1,2, ZHAI Wen3, ZHANG Dianbo3, LIU Xiangyang1,2*（1. College of Polymer Science and Engineering，Sichuan University，Chengdu 610065，China；2. State Key Laboratory of Polymer Materials Engineering，Chengdu 610065，China；3. CNGC Institute 53，Jinan 250031，China）Abstract: Heterocyclic aramid refers to a type of para-aramid containing aromatic heterocycles（usually benzimidazole units） in the main chain，which has excellent properties of lightweight，high strength and modulus，high thermal resistance and good solvent resistance. Compared to the typical aramid fiber Ⅱ，heterocyclic aramid exhibits superior mechanical properties and has been practically applied in the fields such as aerospace and bulletproof protection in China. However，similar to other organic fibers，the composite performance of heterocyclic aramids with resins is relatively low due to their inert surface，which limits their application in the field of advanced composite materials. This article from two aspects of surface modification and structural design，the design ideas，technical means and research results to enhance the composite performance of heterocyclic aramids in recent years are summarized，and the development trend of its application in the field of advanced composite materials is forecast，so as to provide assistance and reference for the interface design and improvement of interfacial adhesion of organic fibers.Key words: heterocyclic aramid fiber；resin-based composite material；direct fluorination；interlaminar shear strength芳香族聚酰胺纤维，简称芳纶，指其结构中至少有85%的酰胺键（—CONH—）直接与两苯环相连的一类纤维。
芳纶浆粕补强炭黑
橡 胶 工 业CHINA RUBBER INDUSTRY949第70卷第12期Vol.70 No.122023年12月D e c .2023芳纶浆粕补强炭黑/氟醚橡胶复合材料的研究陈禹霖1，张 豪1，徐蒽云1，庞艳梅1，文 赟1，罗 筑2*（1.贵州红阳机械有限责任公司，贵州 贵阳 550025；2.贵州大学 贵州省橡胶复合材料工程实验室，贵州 贵阳 550025）摘要：研究芳纶浆粕对炭黑N990/氟醚橡胶复合材料的物理性能、微观结构和耐低温性能的影响，为高性能氟醚橡胶复合材料的开发提供参考。
结果表明：添加1份未经热处理芳纶浆粕和热处理芳纶浆粕的氟醚橡胶复合材料的硫化特性和动态力学性能无明显变化，100%定伸应力、300%定伸应力、拉伸强度和撕裂强度提高；热处理芳纶浆粕在橡胶基体中的分散性和与橡胶基体的界面粘接性较好，对氟醚橡胶复合材料的补强效果更为显著；添加1份未经热处理芳纶浆粕和热处理芳纶浆粕对氟醚橡胶复合材料的耐低温性能影响较小，可在保持氟醚橡胶复合材料良好的耐低温性能的基础上提高其物理性能。
关键词：氟醚橡胶；芳纶浆粕；热处理；物理性能；耐低温性能中图分类号：TQ333.93 文章编号：1000-890X （2023）12-0949-05文献标志码：A DOI ：10.12136/j.issn.1000-890X.2023.12.0949基金项目：贵州省科技支撑计划项目（黔科合支撑[2021]一般321）作者简介：陈禹霖（1990—），男，贵州六盘水人，贵州红阳机械有限责任公司工程师，硕士，主要从事航空用特种橡胶材料研发和测试以及密封制品开发工作。
*通信联系人（luozhu2000@ ）：罗筑（1963—），男，贵州贵阳人，贵州大学教授，硕士，主要从事高分子复合材料结构和性能研究以及橡胶材料高性能化教学与研究工作。
E -mail ：515054962@ 引用本文：陈禹霖，张豪，徐蒽云，等.芳纶浆粕补强炭黑/氟醚橡胶复合材料的研究[J ].橡胶工业，2023，70（12）：949-953.Citation ：CHEN Yulin ，ZHANG Hao ，XU Enyun ，et al.Study on carbon black /fluoroether rubber composites reinforced with aramid pulp [J ].China Rubber Industry ，2023，70（12）：949-953.OSID 开放科学标识码（扫码与作者交流）原材料·配方随着航空发动机性能的提升，对耐高低温的高性能橡胶密封材料的需求越来越紧迫。
芳纶浆粕在天然橡胶胶料中的应用研究
芳纶浆粕在天然橡胶胶料中的应用研究丁佳伟，杜华太，孙志勇*，李 斌，李 辉，孙国华，马卫东（山东非金属材料研究所，山东济南 250400）摘要：采用Kevlar 1F538，Kevlar 1F1710，Twaron 1091和Twaron 1095自制4种芳纶浆粕母胶，研究其对天然橡胶（NR）胶料各项性能的影响。
结果表明，4种芳纶浆粕母胶均能够延长胶料的焦烧时间，缩短正硫化时间，提高硫化胶的硬度、100%定伸应力、拉伸强度、拉断伸长率、撕裂强度和伸长疲劳性能，其中Twaron 1091芳纶浆粕母胶的综合效果最优，加入后胶料的焦烧时间延长了29.1%，硫化胶的拉伸强度提高了12.4%，撕裂强度提高了17.9%，伸张疲劳寿命延长了35.2%，且动态储能模量增大。
关键词：天然橡胶；芳纶浆粕；母胶；硫化特性；物理性能；伸张疲劳寿命中图分类号：TQ332.1；TQ330.38＋3 文章编号：1000-890X（2020）05-0356-06文献标志码：A DOI：10.12136/j.issn.1000-890X.2020.05.0356天然橡胶（NR）主要由97%以上的顺式-1，4-聚异戊二烯组成，还有2%～3%的3，4-键合结构。
NR的相对分子质量分布很宽，为双峰分布，低相对分子质量部分对加工有利，高相对分子质量部分对性能有利；大分子结构赋予NR诱导结晶性能，使之成为自补强橡胶，因此NR具有优异的抗冲击、抗刺穿和抗撕裂性能，且易与金属粘合，是现有大多数合成橡胶无法比拟的[1]。
NR是重要的战略物资和化工原料，是用量最大的橡胶品种，其用量约占橡胶总用量的30%～40%。
芳纶浆粕是芳纶纤维的一种差别化产品，由芳纶短纤维经高度原纤化得来，主干纤维表面呈毛绒状，主纤长度为1.0～3.0 mm，直径约为10.0 μm，微纤长度为0.1～2.0 μm，表面粗糙，纤维的轴向尾端呈针尖状。
原纤化过程是指从纤维表面分裂出细小微纤维的过程，经过多次原纤化处理，芳纶短纤维主纤上会分散出大量的超细微纤。
用傅克反应改性芳纶纤维表面以增强与环氧树脂的界面结合力(一)
用傅克反应改性芳纶纤维表面以增强与环氧树脂的界面结合力刘铁民1，郑元锁2，胡杰21西安交通大学，材料科学与工程学院，陕西，西安7100491西安交通大学，理学院，陕西，西安710049摘要：在本文中，用傅-克反应作为一种新型的途径对芳纶纤维表面进行化学改性。
经表面改性后，芳纶纤维与环氧树脂的界面剪切强度增强50%。
用X射线光电子能谱分析仪检测芳纶纤维表面的元素，用傅-克反应处理后的芳纶纤维表面的氧碳比增加。
用X射线衍射仪检测芳纶纤维的结晶状态，用扫描电子显微镜检测芳纶纤维的表面形貌。
结果显示，本文所采用的表面改性方法适合工业化应用，该方法不仅可以明显提高芳纶纤维与环氧树脂基复合材料的界面结合强度，而且对芳纶纤维本身的强度几乎没有负面影响。
采用新方法也能使芳纶纤维表面的吸湿性增加。
关键词：芳纶纤维，界面性能，表面处理，傅-克反应引言芳纶纤维以低密度、高拉伸模量为特点，因而它作为一种很好的聚合物增强材料广泛的应用于航天、航空、导弹发射等领域。
众所周知，纤维和聚合物的界面直间影响复合材料的机械性能，然而，芳纶纤维表层高的结晶度以及分子链缺乏极性官能团，使得芳纶纤维表面的化学性质很不活泼，表面非常光滑，从而造成其与树脂基的粘附性非常差。
因此，芳纶纤维的表面改性很有必要，以增强界面结合力。
目前，人们已经开发出很多方法对芳纶纤维进行表面改性，例如化学处理、物理处理以及二者并用。
物理处理方法主要是超声处理。
物理化学法主要包括离子辐射、等离子处理及接枝聚合。
尽管后两种方法研究了很长时间，由于低的安全性及可行性导致它们任然只适合实验室的研究，并且高成本以及随着时间的推移表面改性会发生“降解效应”，但是化学改性的方法却方便的多，通过化学反应在芳纶纤维与树脂基形成稳定的化学键作用，因而使芳纶纤维改性后有很好的稳定性，并适合工业化批量生产。
另一方面，传统的化学改性方法主要包括以下几个方面：（1）通过在苯环上的硝化或磺化反应对芳纶表面进行刻蚀；（2）通过酰亚胺上的活性氢原子的接枝反应在分子链上引入活性官能团。
磷酸表面改性Kevlar纤维及其复合材料性能的研究
磷酸表面改性Kevlar纤维及其复合材料性能的研究刘俊宁;夏晓红【期刊名称】《工程塑料应用》【年(卷),期】2011(39)9【摘要】采用磷酸溶液对芳纶纤维(Kevlar)进行了表面改性,通过考察其表面化学结构、元素组成、表面形貌及表面粗糙度的变化研究了磷酸对Kevlar纤维表面改性的效果.结果发现,改性后的纤维表面引入了含氧基团,并产生了明显的刻蚀作用.利用溶液预浸渍工艺和高温模压成型技术制备了Kevlar增强双马来酰亚胺树脂(BMI)复合材料,通过研究其层间剪切强度和吸水率等性能,证实了Kevlar经磷酸表面改性后,其增强的复合材料的层间剪切强度更高、耐吸水性更好.%Phosphorous acid solutions was used to modify the surface of Kevlar fiber. The changes in the chemical structure, element composition, surface morphology and surface roughness of the fiber surface were characterized to investigate the effects of surface modification of Kevlar fibers by phosphorous acid. Results showed that phosphorous acid could introduce oxygen-containing functional groups onto the surface of the fiber, and the surface of the fiber was etched obviously. Bismaleimide( BMI) composite reinforced by Kevlar fiber was prepared through solution impregnating process and high temperature molding technique. Through studying inter-laminar shear strength( ILSS) and the water absorptivity, it was proved that when the surface of Kevlar fiber was modified by phosphorous acid, BMI/treatedKevlar fiber composite had higher ILSS and better water absorbing resistance.【总页数】4页(P30-33)【作者】刘俊宁;夏晓红【作者单位】山东医学高等专科学校化学教研室,济南250002;中国兵器工业集团第五三研究所,济南250031【正文语种】中文【相关文献】1.Kevlar纤维表面改性对PA6/Kevlar纤维复合材料非等温结晶与熔融行为的影响[J], 郑玉婴;傅明连;王灿耀2.有机高性能Kevlar纤维表面改性研究 [J], 郑玉婴;傅明连;蔡伟龙;王灿耀;王良恩3.Kevlar纤维的表面改性研究 [J], 李斌;张洪民;杜华太;马卫东;孙志勇;孙国华;张颖异;陈斌;刘凯4.Kevlar纤维表面改性对PA6/Kevlar纤维复合材料等温结晶行为的影响 [J], 郑玉婴;傅明连;林志勇;王灿耀;王良恩5.Kevlar纤维表面改性及用于绝热层材料制备 [J], 何德伟;侯少锋因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
氟化改性国产芳纶Ⅲ纤维(F-3A)复合材料的界面性能
摘 要 ：为 了 改善 国产 芳 纶 Ⅲ 纤 维 （Ｆ一３Ａ）增 强树 脂 基 复合 材 料 界 面 性 能 ，利 用 氟 化 改 性 技 术 对 Ｆ．３Ａ 纤 维 表 面 进 行 改 性 ， 采 用 扫 描 电子 显 微 镑 、红 外 光谱 、ｘ射 线 光 电 子 能谱 对 氟化 改性 Ｆ一３Ａ 纤 维 表 面 结 构 及 元 素 组 成进 行 表 征 ，然 后 通 过 纤 维 复 丝性 能 和 ＮＯＬ环 层 间 剪切 性 能 对 复 合 材 料 界 面 性 能 进 行 评 价 。 研 究 结 果 表 明 ，（１）氟 化 改 性 在 Ｆ一３Ａ 纤 维表 面 物 理 刻 蚀 形 成 大量 微 槽 结构 ，氟化 学反 应 形 成 大 量 含 氧 和 舍 氟 的 极 性 官 能 团 ，有 利 于 复 合 材 料 界 面粘 接 性 的 提 高 ；（２）采 用 氟化 工 艺 ２处 理 后 。Ｆ一３Ａ 纤 维 复 合 材 料 的 ＮＯＬ环层 间 剪切 强 度 最 高 分 别 达 到 ５６．３ ＭＰａ和 ５６．１ ＭＰａ，比 未 改 性 处 理 提 高 了 ２Ｏ％ 以上 ，复 舍 材 料 综 合 性 能 达 到 最 佳 。
第 ３２卷 第 １期 ２０１６年 １月
高分 子材 料 科 学 与工 程
ＰＯＬＹＭ ＥＲ Ｍ ＡＴＥＲＩＡＬＳ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｖ Ｏ１．３２．ＮＯ．１ Ｊａｎ．２０１６
氟 化 改 性 国产 芳 纶 Ⅲ纤 维 （Ｆ．３Ａ）复 合 材 料 的 界 面 性 能
张 阳 ，方 毅 ，刘 向 阳２， 王 斌 ，程 文 ，刘 爱 华
芳纶纳米纤维对丁腈橡胶胶料性能的影响
橡 胶 工 业CHINA RUBBER INDUSTRY783第70卷第10期Vol.70No.102023年10月O c t .2023芳纶纳米纤维对丁腈橡胶胶料性能的影响张寒珠1，刘奕麟1，郝福兰2，张保岗1，梁 琳1，丁乃秀1*，刘光烨1（1.青岛科技大学 高性能聚合物及成型技术教育部工程研究中心，山东 青岛 266042；2.黄河三角洲京博化工研究院有限公司，山东 滨州 256500）摘要：以芳纶纳米纤维（ANFs ）和丁腈胶乳为原料制备ANFs 预分散体，将其加入到丁腈橡胶（NBR ）中制备ANFs /NBR 复合材料（NBR 胶料），探究ANFs 用量对NBR 胶料性能的影响。
结果表明：ANFs 用量为4份时，NBR 混炼胶的加工安全性能最好，NBR 硫化胶的交联密度、100%定伸应力、300%定伸应力和撕裂强度最大，耐油性能最好，tan δ峰值最小；随着ANFs 用量的增大，NBR 混炼胶和硫化胶的Payne 效应逐渐增强，在温度为20～100 ℃时NBR 硫化胶的储能模量逐渐增大。
关键词：芳纶纳米纤维；丁腈橡胶；物理性能；耐油性能中图分类号：TQ330.38＋3 文章编号：1000-890X （2023）10-0783-06文献标志码：A DOI ：10.12136/j.issn.1000-890X.2023.10.0783丁腈橡胶（NBR ）是以丙烯腈和丁二烯为单体，通过低温乳液聚合制备的一种合成橡胶，其分子链上含有氰基和碳-碳双键。
极性的氰基赋予了NBR 硫化胶优异的耐油性能和耐热性能，碳-碳双键可使NBR 硫化胶具备一定的耐寒性能，此外NBR 硫化胶还具有较好的耐磨性能和抗静电性 能[1-3]。
因此，NBR 主要用于制备耐油密封件、耐油胶管、耐油垫圈等耐油橡胶制品。
芳纶纳米纤维（ANFs ）作为一种新型纳米材料，具有高强度、高模量的特点，同时表面具有活性基团，比表面积和长径比大，能够通过有效地应力传递改善聚合物的性能[4-6]。