第26卷第4期
2006年12月北京服装学院学报Journal of Beijing Institute of Clot hing T echnology V ol.26N o.4Dec.2006用于增强复合材料的聚乙烯纤维表面改性技术
*
张玉芳1,庞雅莉2
(1 北京服装学院科技处,北京100029;2 北京服装学院材料科学与工程学院,北京100029)摘 要:对复合材料要求增强纤维表面具有良好黏合力.针对这一情况,详细综述了提高超高分子质量聚乙烯纤维表面润湿性的各种改性技术的发展状况,并对各种方法的作用机理、影响因素和工业化实施的可行性进行了比较;同时介绍了改性纤维的性能表征方法.
关键词:聚乙烯纤维;表面改性;层间剪切强度;等离子;辐射;接枝聚合
中图分类号:T Q 325 12 文献标识码:A 文章编号:1001-0564(2006)04-0060-07
收稿日期:2005-09-07
*基金项目:北京市教委科技与发展计划面上项目(KM 200510012006);北京市服装材料研究开发与评价重点实验室开
放课题(2005ZK 07)
作者简介:张玉芳(1965-),女,高级工程师.
联系电话:010-********
由凝胶或熔融纺丝经过高倍拉伸而形成的超高分子质量聚乙烯(UH MWPE)纤维[1-2]
,是继碳纤维、Kevlar 纤维之后出现的又一种颇具竞争力的高科技纤维.其具有的轻质、高强、耐磨损、耐弯曲、耐化学腐蚀、耐冲击、耐低温等优良特性,使它在防护材料、绳索、耐低温材料、防弹材料上得以广泛应用;由它增强的复合材料在航空、航天及汽车等诸多领域也具有极强的竞争力[3].特别是近年来随着成本较高的碳纤维复合材料在民用工业领域中应用的迅速增长,寻找和生产成本较低的高性能纤维作为碳纤维的代用品成为一种必然趋势.高强聚乙烯纤维是很有潜力的竞争者之一[4].
然而,由于UHM WPE 纤维本身的高度结晶与高度取向,使得它的表面能极低,不易被树脂润湿;而且无任何活性官能团的纤维表面,也很难与基体树脂形成化学键合,这在很大程度上限制了UHMWPE 纤维在复合材料中的应用.因此,要充分利用UHM WPE 纤维优良的机械特性就必须对它的表面进行改性,以提高其复合材料的界面结合强度,这也正是近年来世界各工业强国一直关注与研究的焦点问题.本文重点介绍近期应用较广的几种表面改性技术及其性能表征方法.1 聚乙烯纤维表面改性方法
复合材料的界面结合强度通常与纤维和基体界面之间的黏合力有关,这种黏合力主要通过化学键合、较强的范德华力、纤维表面的可润湿性、粗糙性以及表面的机械咬合来获得[5].对聚乙烯纤维表面进行改性的目的,就是为了清除或强化弱边界层,使惰性表面层活化,以增加它的润湿性、粗糙性、机械咬合性及化学反应活性[6].
1 1 化学浸蚀法
化学浸蚀处理方法是用强酸对聚乙烯纤维进行酸洗,使纤维表面氧化,通过引入极性基团来改善纤维表面的润湿性,它包括浸蚀氧化和浸蚀接枝2种[7-9]方法.浸蚀氧化是利用酸液对聚乙烯纤维进行处理,一方面使纤维表面生成含氧基团(C O, COH , COOH 等),增强纤维与基体界面的相互吸引和相互扩散作用;另一方面酸液溶掉纤维表面的部分非晶区,使纤维表面变得粗糙,增加纤维的比表面积,从而提高纤维与树脂基体之间的黏结性.浸蚀接枝是在浸蚀氧化的基础上,将纤维与接枝单体进一步反应,使纤维表面引入多官能团化合物,这些基团可以与基体树脂起化学键合反应,从而形成稳定的、具有化学键合结构的界面相[10].
目前,最常见的浸蚀氧化液有氯酸 硫酸体系、高锰酸钾 硫酸体系、重铬酸钾 硫酸体系、三氧化铬 硫酸体系、过硫酸铵 硫酸银体系、发烟硫酸、发烟硝酸、氯磺酸、铬酸等[11]
.就不同氧化剂而言,由于氧化性强弱不同,其对聚乙烯纤维的作用效果也就不同.如吴越等人[12]分别用浓硝酸、过硫酸铵 硫酸银体系、铬酸、重铬酸钾 硫酸体系对UHM WPE 纤维织物进行处理后,发现重铬酸钾和铬酸的处理效果最好,它可使UHMWPE 纤维织物与基体树脂复合材料的层间剪切强度提高3倍以上,过硫酸铵溶液则次之.由于存在铬酸废液的处理问题,在对材料性能要求不是太高的场合,建议采用过硫酸铵溶液作为处理介质.
UH MWPE 纤维的处理效果除与浸蚀液的氧化性有关外,还与纤维暴露在浸蚀液中的时间、温度等因素有关.Silverstein 等人[13]采用铬酸氧化处理聚乙烯纤维时发现,随着纤维在浸蚀液中暴露时间的延长,其层间剪切强度将下降,纤维自身的强力也会过度下降;被氧化后的纤维,其破坏机理由原纤剥离变成脆性断裂,表明纤维的浸蚀氧化时间、温度与黏结性能之间有一最佳平衡值.
与浸蚀氧化相比,浸蚀接枝多官能团化合物后的纤维表面润湿性能将进一步增强.余木火等人[14]采用重铬酸钾 硫酸体系对高强聚乙烯纤维浸蚀氧化后,在不同温度下进一步接枝二乙烯三胺、季戊四醇等不同单体,发现接枝单体后的聚乙烯纤维/环氧树脂界面黏合强度大大增加,特别是引入二乙烯三胺,其层间剪切强度可提高8倍,与目前文献报道的等离子体处理结果相当;另外,短时的高温处理有利于接枝单体在纤维表面的反应.
1 2 等离子体表面处理技术
等离子体表面处理是在真空状态下,利用射频能量激活气体,将气体离解成电子、离子、自由基和一些亚稳态的激发种,这些自由基、电子等轰击纤维材料表面,使材料表面的分子共价键断裂,生成新自由基.被激活的材料表面能够快速与激发气体结合,同时提供化学反应基团,从而提高纤维材料表面的润湿性.等离子体表面处理分为形成聚合物反应和不形成聚合物反应2种.形成聚合物反应的等离子处理是指纤维材料在有机气体等离子中除形成表面刻蚀外,还会在纤维表面因有机气体聚合而接枝活性官能团,这层接枝物可提高纤维与树脂的黏结效果.就不形成聚合物反应的等离子体处理而言,又分为反应性气体(O 2、N 2、NH 3、CO 2、H 2O 等)和非反应性气体(Ar 、H e 、H 2)2类,它们对纤维材料的表面作用机理不同.纤维材料在反应性气体等离子作用下,其表面高分子链可与具有化学活性的反应性气体直接结合,从而改变材料表面的化学成分;而非反应性气体的原子不直接进入到纤维材料表面的大分子链中,只借助高能粒子轰击材料表面使其产生大量自由基,这些自由基在纤维表面形成交联结构.
等离子体对UHMWPE 纤维进行表面处理一般只在纤维表面有限的深度内进行表面刻61第4期 张玉芳等:用于增强复合材料的聚乙烯纤维表面改性技术
62北京服装学院学报(自然科学版) 2006年
蚀,因而纤维的力学性能受损较小.处理后的UHM WPE纤维界面剪切强度值一般呈增加趋势,增加的程度由等离子种类、作用压力、能量和纤维的暴露时间共同决定.影响处理结果的其他因素有形成纤维的PE分子质量、纺丝方法、拉伸应力、牵伸比和等离子处理时所用设备等.Brennan A B[15]对Spectra单一纤维在O2、NH3、Ar、空气等不同等离子气体环境中进行处理,单纤维拉出实验测定表明:所有等离子处理都明显增加了纤维与基体树脂之间的黏合,但是不同作用压力和不同气体处理后的纤维,与树脂界面剪切强度大不相同,具有高牵伸倍率的纤维在经过等离子处理后,试样的破坏发生在纤维内部,而不是发生在纤维与树脂之间. M ori,Masaru等[16]将UHMWPE纤维用Ar等离子处理后,置于空气中使纤维表面引入过氧化物,然后在通氮除氧的单体溶液中接枝聚合,使纤维表面引入聚丙烯酰胺,从而使纤维与树脂的浸润性和黏合性得到提高.而中科院金士九等人[17]采用空气等离子体对UHMWPE纤维表面改性,并在纤维表面接枝丙烯酸(AA)或丙烯酸与丙烯酸乙酯共混物(AA+EA),结果表明接枝纤维与树脂间的黏结强度较原丝大大提高,表面接枝AA比接枝AA/EA效果好.
1 3 辐射 诱导接枝法
辐射 诱导接枝处理是对高聚物惰性表面进行改性的又一种方法,由于辐照能源不同,可分为紫外光(UV)辐照接枝、 射线辐射接枝和电子束辐射接枝等.
紫外光辐照接枝是利用紫外光源引发单体在聚乙烯纤维表面进行的接枝聚合.遵循自由基聚合机理,由于聚乙烯纤维表面叔碳原子较少,不易脱氢产生自由基,因此必须采用光敏剂或表面预氧化PE的紫外光辐照分解引发接枝聚合.PE纤维的紫外光辐照接枝聚合反应首先取决于聚乙烯纤维基质、接枝单体和光敏剂的性质,其次反应条件(如反应时间、温度、溶剂等)也有很大影响.Amornsakchai T研究发现[18]:紫外光引发接枝只发生在PE纤维未取向的无定型区;在同样条件下,PE纤维结晶度的增加显著降低了接枝量.骆玉祥等[19]以二苯甲酮为光敏剂,研究了丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯等单体在UH MWPE 纤维织物表面紫外光接枝聚合的反应活性,结果表明:在以无水乙醇为溶剂的情况下,丙烯酰胺单体的接枝效果最好,其复合材料的层间剪切强度可从未处理的9 5~10MPa提高到18 85M Pa.
在利用Co60 射线辐射源对UH MWPE纤维进行处理时,表面接枝率与接枝单体浓度、辐射剂量和温度等因素有关:在高剂量 射线下,UH MWPE纤维会发生交联或断裂反应,导致纤维结构变化、强度下降;而温度升高时,纤维接枝率增加;当接枝液(丙烯酸溶液)中加入阳离子Li+、Na+、K+、Mg2+时,由于接枝聚合物与金属离子结合形成金属盐,可显著提高PE纤维的热稳定性.Abdel[20]为改善UHMWPE纤维作为增强材料时与基体的黏附性能,用 射线对UH MWPE纤维表面辐射接枝聚丙烯腈,然后用改性纤维对氯丁胶进行增强,观察到材料的机械强度明显增加,且橡胶与接枝纤维的表面呈连续相.
电子束辐射接枝是对UH MWPE纤维表面进行改性的又一种接枝方法[21-22].张林[23]等采用电子束对UHMWPE纤维表面辐射接枝丙烯酸.实验发现:在N2保护下接枝过程中无需引发剂;随着辐射剂量、反应温度、反应时间增加,反应接枝率增加,纤维的抗张强度及热稳定性也随之增加.
就U V辐照接枝、 射线辐射接枝和电子束辐射接枝的效果而言,3种方法对纤维的穿透深度不同:UV辐照只到达表面几纳米,而 射线和电子束辐射却要穿透整体材料,但是它们
都会产生阳离子、阳离子自由基和其他活性中间体.
除以上介绍的几种方法外,也有采用电晕放电处理、光氧化改性处理、光致交联处理等方法对UHM WPE纤维表面进行处理的,由于这些方法的局限性,在此不再做详细介绍.
2 几种改性方法优劣性的比较
尽管用于UHMWPE纤维表面改性的方法很多,但是由于受设备、环境条件等因素影响,各种方法都有其可取和不足之处.如吴越等人[24]分别采用空气等离子法、化学氧化法、紫外接枝处理法对UHM WPE纤维表面进行改性,发现3种方法都可以有效提高UH MWPE纤维织物与环氧树脂之间的黏合强度,且使层间剪切强度达到18 1MPa以上.但是,3种方法处理后的纤维表面状态不同,且操作的难易程度不同:化学氧化法易侵蚀纤维本体,且废液在不处理的情况下易造成环境污染;空气等离子法虽不污染环境,处理后的纤维表面含氧量也最高,但需在真空状态下进行,且很难保证纤维处理的均一性;而紫外接枝法则需考虑环境中的氧问题.有关这几种方法的优劣性比较见表1.
表1 聚乙烯纤维表面改性方法的优劣性比较
改性方法改性机理影响因素作用范围与效果实施可行性
化学浸蚀法氧化法
刻蚀、表面形成含
氧基团
氧化剂性质、浓度、反应温度、
时间
损害纤维本体,导
致纤维强度下降
废液需处理接枝法
刻蚀、表面接枝含
官能团的聚合物
氧化剂、接枝单体性质、浓度、
反应温度、时间
效果优于氧化法废液需处理
等离子体处理非反应
气体
刻蚀
等离子体种类、作用压力、时
间、等离子体功率、纤维性质
作用于纤维表面
5~50nm厚,刻蚀
导致纤维直径减小
真空状态下
进行,重复
性差
反应
气体
刻蚀、表面形成含
氧基团
等离子体种类、作用压力、时
间、等离子体功率、纤维性质
同上
工业化较困
难
有机
气体
刻蚀、表面接枝聚
合物
等离子体种类、作用压力、时
间、等离子体功率、纤维性质
效果优于等离子
刻蚀
操作困难
等离子
接枝
表面接枝含官能团
的聚合物
等离子体种类、作用压力、时
间、等离子体功率、纤维性质、
接枝单体性质
效果优于等离子
刻蚀
单体污染等
离子设备,工
业化较困难
辐射接枝
U V
接枝
光敏剂引发或表面
预氧化接枝含官能
团的聚合物
纤维性质、接枝单体性质、光敏
剂性质、溶剂、温度、氧
作用于纤维表面几
百埃,需考虑空气
中氧的存在
工业化可取 射线
接枝
断链自由基接枝
聚合
辐射剂量、反应温度、反应时
间、单体性质
穿透材料主体内
部,影响纤维结构
射线危害电子束
接枝
断链自由基接枝
聚合
辐射剂量、反应温度、反应时
间、单体性质
穿透材料主体内
部,无氧环境
操作困难
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第4期 张玉芳等:用于增强复合材料的聚乙烯纤维表面改性技术
3 聚乙烯纤维表面改性性能表征方法
用于增强复合材料的PE纤维性能表征涉及2方面问题:1)纤维自身改性后的结构与性能;2)纤维与基体树脂复合后的结构与性能.从目前高聚物表面与界面性能测试技术看,大致可分为光谱类、热力学类与机械力学3类.就改性纤维的表面性能而言,可利用处理前后纤维的质量变化确定接枝率,亚甲基蓝吸附法间接计算单位质量官能团含量变化,用沉降法测定不同官能团转化后的纤维沉降率来确定纤维的润湿性,扫描电镜(SEM)观察纤维表面微观形貌变化,傅里叶红外转换光谱(FT IR)测定官能团变化,X射线光电子能谱(XPS)分析表面元素变化.对于改性PE纤维的复合材料性能来说,除利用SEM观察复合材料界面形貌外,界面剪切强度则是最主要的衡量参数.为便于选用,改性纤维性能的各种表征方法如表2所示.
表2 改性纤维的性能表征方法
表征项目测试仪器方法测试参数及参考标准用途
外观形貌扫描电镜(SEM)纤维及其复合材料表界面微观形貌变化
物理性能及结构纤维表观接
枝率
电子天平接枝前后纤维试样质量确定纤维表面接枝情况纤维表面官
能团含量
亚甲基蓝等温吸附法
表面处理前后亚甲基蓝
吸附溶液浓度
观察氧化接枝前后纤维
表面官能团变化
纤维沉降率沉降法
处理前后纤维在水溶液
中的沉降率
观察氧化接枝前后纤维
表面润湿性
纤维表面官
能团
红外分析仪特征吸收峰
改性前后纤维表面官能
团变化
纤维表面元
素分析
X射线光电子能谱特定元素能谱
改性前后纤维表面元素
变化
力学性能层间剪切
强度
万能材料实验机
纤维织物复合材料破坏
载荷G B3357-1982
纤维织物处理前后其复
合材料的剪切强度
界面剪切
强度
微黏法(M icrobound)
纤维单丝复合材料拔出
载荷
纤维单丝处理前后其复
合材料的剪切强度
单丝强度纤维电子强力仪纤维单丝强力
纤维单丝表面处理前后
强力变化
热性能 差式扫描量热仪
(DSC)
DSC图谱
纤维改性前后熔点、结
晶度变化
关于UHMWPE纤维表面改性后的性能表征测试技术,各研究小组已进行了大量工作.刘振宏等[25]采用重铬酸钾的浓硫酸溶液氧化高强聚乙烯纤维,通过亚甲基蓝吸附法和沉降法确定表面官能团的含量变化和纤维润湿性变化,发现纤维表面引入多元胺后,界面剪切强度增64北京服装学院学报(自然科学版) 2006年
加最大.郎彦庆[26]对超高分子质量聚乙烯纤维进行硅烷交联改性,无论是SEM 微观观察,还是ATR 红外漫反射光谱分析,都可看出纤维表面黏结性能明显改善.
4 结束语
近年来,随着超高分子质量聚乙烯纤维在复合材料领域中的不断应用,有关提高PE 纤维亲水性与黏合力的表面改性技术的研究也逐渐趋于成熟;但是真正实现工业化的技术几乎没有,其主要症结在于高能量射线或强氧化剂的研制技术不成熟,而它们又是纤维分子链断裂或表面获得极性基团的源泉.为了加大UH MWPE 纤维在复合材料领域的应用力度,近期内关于UH MWPE 纤维表面的改性研究将主要集中在改性技术的工业化上.
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Surface Modification Technology of Polyethylene
Fiber for Reinforced Composite Material
ZH ANG Yu f ang1,PAN G Ya li2
(1 Department of Science Technology,Beijing Institute of Clothing Technology,Bei jing100029,China;
2 Department of M aterials S cience an d Technology,Beijing100029,China)
Abstract:As a new kind of organic fiber,UHMWPE fiber has come to be used in the field of composite materials.This paper rev iew ed the adv ancement of modification technique UH MWPE fiber s surface soakage.The mechanism,influencing factors and feasibility of industrialization about different w ays were carefully compared.The characterization methods for performance of modified fiber were introduced.
Key words:polyethylene fiber,surface modification,the inter laminar shear strength,plasma, radiation,g raft polymerization
改性涤纶的染色 改性涤纶的品种较多，有化学改性和物理改性两类。物理改性主要是采用等离子体表面改性；化学改性主要以增加涤纶纤维分子结构中的非结晶部分，提高这一部分的分子间活动性能，即在聚酯纤维的大分子链中引入不对称的第三单体或极性基团。因此出现了不同改性纤维，如CDP，ECDP和ADP纤维。 CDP纤维是在涤纶中引入第三单体——磺酸基，通常为间苯二甲酸磺酸钠，包括α-—磺酸基—1，3—苯二甲酸，4—磺酸基—1，3—苯二甲酸和5—磺酸基—1，3—苯二甲酸。目前，CDP纤维多数采用间位第三单体，有时也用对位第三单体或同时加入此两种单体。CDP纤维根据所用改性剂的不同又分为高压型（高温型）即CDP纤维和常压型（低温型、易染型）即ECDP纤维。前者是在涤纶中引入第三单体磺酸基团及酸度较小的磷酸基团化合物，可用阳离子染料染色，但染色必须在110~130℃。后者除采用上述相同的第三单体外，还应加入第四单体如脂肪族二羧酸、二醇等改变纤维的非结晶区和扩大其分子活动性，同时降低玻璃化温度，因此可用阳离子染料在常压沸染下染色。 涤纶改性纤维除上述酸改性外，还有阴离子染料可染型（anionicdyeable polyester）简称ADP纤维，ADP纤维主要是在聚酯大分子链中引入碱性极性基团，疏松纤维内部结构，从而可使酸性染料上染。 分散阳离子染料： 具有阴离子性特性。因此很适合改性涤纶（CDP）纤维及其混纺产品的染色。与阴离子染料相容性好，可一浴法染色。 染料的溶解：用适量的50℃以下水搅拌至完全溶解。 染色：用冰醋酸调节pH=4-4.5，30分钟升温至120℃，保温30分钟。 可染阳离子染料： 部分阳离子染料也适合改性涤纶（CDP）纤维的染色：如：阳离子金黄X-GL、红X-2GL，红X-GRL、翠蓝X-GB、蓝X-BL、黑FDLT等。
碳纤维表面处理研究现状
碳纤维表面处理研究现状 摘要：综述了碳纤维的应用领域，当前国内外的碳纤维的生产状况，分析了各种碳纤维表面处理的研究现状以及各方法的优缺点。分析结果表明：国外对我国碳纤维生 产进行了技术封锁，我国工业化碳纤维生产与日本等国有较大差距。电化学氧化法对碳纤维表面处理效果较好，处理后碳纤维表面活性基团数量明显增多，生产条件易于控制，该方法很好应用于工业生产。 关键词：碳纤维；表面处理；电化学氧化法； 引言 随着国防科技要求的不断提高，航天航空、军事武器等高科技设备对材料的性能要求的提高，碳纤维复合材料以其耐高温，耐摩擦、导电、导热、耐腐蚀、高比强度等特点被广泛的应用于这些领域。国外碳纤维材料生产研发较早，现今以日本，美国等国家的生产技术领先于世界。 碳纤维按其加工的先驱体不同可以分为：粘胶基碳纤维、沥青基碳纤维、聚丙烯腈基（PAN）碳纤维。碳纤维作为一种增强相与金属、陶瓷、树脂等结合使复合材料的性能得到很大提高。碳纤维表面的活性基团较少，表面光滑，为更好的与基体材料结合，需要在材料复合前对纤维进行一定表面处理。碳纤维表面处理按当前的研究现 状可以分为氧化法和非氧化法。在此对纤维的生产状况做出一些介绍以及纤维表面处理的各种方法做比较。 1碳纤维应用领域及国内外生产状况 碳纤维复合材料具有卓越的物化性能，被广泛应用于航天航空、国防军事、体育用品、风能发电、石油开采以及医疗器械⑴。 碳纤维被用于制造飞机、航天器、卫星等，因碳纤维的轻质、高强度等特点，飞行器的噪音小，飞行所需的燃料消耗降低。据有关报道，飞行器每降低1kg的质量，运载飞行器的火箭可以减轻500kg。航天航空领域碳纤维的使用量从2008年的8200t, 到2010年的1万t,预计今年将达到1.3万t。在飞机的制造中，纤维复合材料应用比例都
南昌航空大学科技学院 毕业设计（论文）开题报告 题目碳纤维表面改性研究进展 专业名称高分子材料与工程 班级学号088102121 学生姓名刘强 指导教师万里鹰 填表日期2012 年 3 月16 日
碳纤维的表面改性研究进展 一．选题的依据及意义： 1.碳纤维简介 碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上。它是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下碳化而制得。碳纤维具有十分优异的力学性能，是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高的比强度和最高的比模量的纤维，特别是在2000℃以上的高温惰性环境中，碳材料是唯一强度不下降的物质，是其他主要结构材料（金属及其合金）所无法比拟的。除了优异的力学性能外，碳纤维还兼具其他多种优良性能，如低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、电及热传导性高、热膨胀系数低、光穿透性高，非磁体但有电磁屏蔽性等。但未经表面处理的碳纤维表面惰性大，缺乏具有化学活性的官能团，与基体的黏结性差，界面中存在较多的缺陷，限制了碳纤维高性能的发挥。因此，国内外对碳纤维的表面改性研究非常活跃。碳纤维的表面改性主要通过提高碳纤维表面活性，强化碳纤维与基体树脂之间界面性能，达到提高复合材料层间剪切强度的目的。 作为高性能纤维的一种，碳纤维既有碳材料的固有特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是先进复合材料最重要的增强材料，已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用，从航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。因此，碳纤维被认为是高科技领域中新型工业材料的典型代表，为世人所瞩目。碳纤维产业在发达国家支柱产业升级乃至国民经济整体素质提高方面，发挥着非常重要的作用，对我国产业结构的调整和传统材料的更新换代也有重要意义，对国防军工和国民经济有举足轻重的影响。 2 碳纤维表面结构与性能 碳纤维一般是用分解温度低于熔融点温度的纤维状聚合物通过千度以上固相热解而制成的,在热裂解过程中排出其它元素,形成石墨晶格结构。通过在氧气等离子气体中用腐蚀方法研究碳纤维的结构发现,石墨微晶在整个纤维中的分布是不均匀的,碳纤维由外皮层和芯层两部分组成,外皮层和芯层之间是连续的过渡层。延直径测量,皮层约占14%,芯层约占39%。皮层的微晶尺寸较大,排列较整齐有序。由皮层到芯层,微晶尺寸减小,排列逐渐变得紊乱,结构的不均匀性越来越显著,称之为过渡区。碳纤维表面的粗糙度、微晶大小、官能团的种类和数量对碳纤维与基体的结合性能有很大的影响。增加表面粗糙度有利于碳纤维与基体树脂的机械嵌合,增强锚锭效应;石墨微晶越大,处于碳纤维表面棱角和边缘位置的不饱和碳原子数目越少,表面活性越低,相反,微晶越小,活性碳原子的数目就越多,越有利于纤维与树脂的粘合;碳纤维表面的官能团如- OH、-NH2等能与基体
阳离子可染改性涤纶纤 维 公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]
阳离子可染改性涤纶纤维 阳离子可染改性涤纶纤维阳离子可染改性涤纶是在涤纶大分子上引入对阳离子染料具有亲和力的磺酸基或磷酸基团，分高压型(CDP)和常压型(ECDP)两种。 CDP纤维所加入抑第三单体为间苯二甲酸磺酸钠，其染色温度为120℃左右；ECDP纤维除第三单体外，还加入第四单体，常见的有脂肪或芳香二羧酸及其衍生物、脂肪或芳香二元醇及其衍生物以及羧酸类化合物等，其染色温度为100℃；ECDP纤维还分醚型和酯型两种，酯型的耐热性比醚型的好。 阳离子可染改性涤纶纤维的主要特点是可用阳离子染料常压沸染，这既克服了常规涤纶必须用高温高压或载体染色的不足，又可使毛/涤、涤/腈等混纺织物一浴法染色较为容易，而且染色的色泽比较鲜艳。阳离子可染改性涤纶可用于生产各类仿毛产品，短纤或长丝广泛用于生产多类混纺的精、粗纺呢绒，毛线、毛毯以及仿毛花呢等织物。 阳离子可染改性涤纶的缺点是强力较低，耐酸碱性较差，尤其对强碱很敏感，在强碱作用下水解速度比常规涤纶高 2~3倍。但可利用这一特性对其进行碱减量处理，提高纤维的柔软性和吸湿性，进而提高其穿着舒适性。 另外，阳离子可染改性涤纶纤维的耐热性也较差，故在织物的定形后处理中，温度要适当降低，一般CDP为170℃，ECDP为160℃较好。 实务： 目前坊间染染改性涤纶纤维很多，主要以保特瓶回收后加工处理，为环保尽力； Recycle标志。 现场染色加工与传统腈纶差异不大，差在批次的稳定度，纱的饱和值及起始上色温度、最大上色的温度点。 因此现场染色时每批纱务必要先做纱的饱和值(对比性)及起始上色温度、最大上色的温度点(Step-dyeing)控管，决定缓染剂使用量及持温控管点，否则问题层出不穷。
壳聚糖材料改性研究进展 摘要：壳聚糖以其独特的生物相容性、生物降解性、无毒性和生物活性等优异性能在各个领域具有广泛的应用前景。由于壳聚糖自身性能的局限性，科研工作者对其进行了改性研究，通过控制反应条件在壳聚糖上引入其他基团来改变其理化性质,本论文探讨的改性方法主要有酰化、酯化、烷基化、羧基化、季铵化、接枝共聚、交联改性、模板交联改性以及两亲性改性等,以便以后在壳聚糖改性等方面做出贡献。 关键字：壳聚糖，结构，改性 1 引言 壳聚糖(Chitosan)是甲壳素部分脱乙酰基后的产物，具有显著的生物生理活性和很多优秀的功能性质，在包括食品、化妆品、生物制药、农业、环境保护以及废水处理等很多领域中都得到了应用。但由于壳聚糖巨大的分子量和分子间、分子内部大量的氢键致使壳聚糖分子结构[1]紧密，只溶解于稀乙酸等酸性溶液中，形成透明状的黏液，使得壳聚糖的应用领域在很大程度上受到限制。因此，对壳聚糖采用一定的手段进行改性得到性质优良的壳聚糖改性材料并加宽其研究应用领域显得至关重要。 2 壳聚糖的结构 壳聚糖，化学名称：聚葡萄糖胺[(1，4)—2—氨基—2—脱氧—β—D—葡萄糖]，是由甲壳素经40％～60％浓碱加热至120～140℃处理1小时，脱去N—乙酰基的衍生物。一般而言，脱乙酰度超过55％的甲壳素即成为壳聚糖。随脱乙酰化度的不同，壳聚糖分子链中存在含量不同的2—N—乙酰基葡萄糖和2—氨基葡萄糖两种结构单元。壳聚糖的化学结构式如下图1所示。 图1 壳聚糖的结构式 3 壳聚糖的改性及研究
3.1 酰化改性 壳聚糖可与多种有机酸的衍生物如酸酐、酰卤等反应，可引入不同相对分子质量的脂肪族或芳香族的酰基进行改性。酰化反应既可在羟基上反应(O位酰化)生成酯，也可在氨基上反应(N位酰化)生成酰胺[2]，如下图2所示。壳聚糖的O位酰化反应是比较困难的，因为氨基的反应活性比羟基大，酰化反应首先在氨基上发生，因此要想得到O位酰化的壳聚糖衍生物，通常先将壳聚糖上的氨基用醛保护起来，再进行酰化反应，反应结束后脱掉保护基[3]。酰化改性后的产物的溶解度有所改善，它具有良好的生物相容性，是一种潜在的医用生物高分子材料。如脂肪族酰化产物可作为生物相容性材料，N—甲酰化产物可增强人造纤维的物理性能。 图2 壳聚糖N位酰化改性 孙涛等[4]通过低聚壳聚糖经N—酰化得到取代度相同的N—马来酰低聚壳聚糖和N—邻苯二甲酰低聚壳聚糖，其取代度均为0.25。结果表明，取代度相同，N—邻苯二甲酰低聚壳聚糖对OH、DPPH的清除能力优于N—马来酰低聚壳聚糖。这说明取代度相同时，取代基的结构会影响N—酰化低聚壳聚糖对自由基的清除活性。 3.2 酯化改性 壳聚糖上的羟基，尤其是环上的C 6 位羟基会与一些有机酸和无机酸发生酯化反应， 常见的反应有磷酸酯化和硫酸酯化。磷酸酯化通常是壳聚糖与P 2O 5 在甲磺酸中反应。此 种改性可用来制备交联树脂，进行离子吸附。高取代度的磷酸酯化壳聚糖可溶于水，低取代度的壳聚糖衍生物不能溶于水，磷酸酯化反应如图3所示。硫酸酯化试剂主要有浓 硫酸、SO 2、SO 3 、氯磺酸等，反应一般为非均相反应，通常发生在C 6 位的-OH 上。
表面改性技术在陶瓷材料中的应用 引言: 材料表面处理是材料表面改性和新材料制备的重要手段,材料表面改性是目前材料科学最活跃的领域之一。传统的表面改性技术,方法有渗氮、阳极氧化、化学气相沉积、物理气相沉积、离子束溅射沉积等。随着人们对材料表面重要性认识的提高,在传统的表面改性技术和方法的基础上,研究了许多用于改善材料表面性能的技术,主要包括两个方面:利用激光束或离子束的高能量在短时间内加热和熔化表面区域,从而形成一些异常的亚稳表面;离子注入或离子束混合技术把原子直接引进表面层中。陶瓷材料多具有离子键和共价键结构,键能高,原子间结合力强,表面自由能低,原子间距小,堆积致密,无自由电子运动。这些特性赋予了陶瓷材料高熔点、高硬度、高刚度、高化学稳定性、高绝缘绝热性能、热导率低、热膨胀系数小、摩擦系数小、无延展性等鲜明的特性。但陶瓷材料同样具有一些致命的弱点,如:塑性变形差,抗热震和抗疲劳性能差,对应力集中和裂纹敏感、质脆以及在高温环境中其强度、抗氧化性能等明显降低等。 正文: 一、陶瓷材料表面改性技术的应用 1.不同添加剂对陶瓷材料性能的影响。 由于陶瓷材料的耐高温特性经常被应用到高温环境中,特别是高温结构 陶瓷,其高温抗氧化性受到人们的关注。Si 3N 4 是一种强共价结合陶瓷,具有高 硬度、高强度、耐磨和耐腐蚀性好的性能。但是没有添加剂的Si 3N 4 几乎不 能烧结,陶瓷材料的高温强度强烈地受材料组成和显微结构的影响,而材料的显微结构特别是晶界相组成是受添加剂影响的,晶界相的组成对高温力学性能的影响极其敏感。对致密氮化硅而言,坯体中的物质传递对材料的氧化起着决定性作用,一般认为,在测试条件下,具有抛物线规律的氮化硅材料,其决定氧化的主要因素取决于晶界的添加剂离子和杂质离子的扩散速率,不同的添加剂对氮化硅陶瓷的氧化行为影响有所不同[1,2,3]。 2．离子注入技术。 离子注入就是用离子化粒子,经过加速和分离的高能量离子束作用于材料表面,使之产生一定厚度的注入层而改变其表面特性。可根据需要选择要注入的元素,并根据工艺条件控制注入元素的浓度分布和注入深度,形成所需要的过饱和固溶体、亚稳相和各种平衡相,以及一般冶金方法无法得到的合金相或金属间化合物,可直接获得马氏体硬化表面,得到所需要的表面结构和性能由于形成的改性表面不受热力学条件的限制(相平衡、固溶度),所以具有独特的优点。离子注入表面处理技术有:金属蒸汽真空弧离子源离子注入,等离子源注入等。在相同的条件下,重离子比轻离子有更强烈的辐射硬化,因此其对抗弯强度的增加更显著;由于单晶的表面缺陷少所以增加效果 更好]7,6[。
功能纤维改性的方法 ——XXX 摘要：功能纤维指具有特殊功能的纤维的总称。简述了功能纤维的新发展，重点介绍功能性纤维的种类和改性方法，结合纤维材料改性的发展趋势，分析讨论了纤维改性中的问题及关注点。 在纤维的发展历史中, 棉、麻、毛、蚕丝是主要的四大天然纤维。直到19 世纪80 年代, 法国人发明硝酸纤维, 才开始了人造纤维的发展历史。20 世纪20 年代, 美国人发明锦纶合成纤维。不久涤纶、腈纶、维纶、丙纶、氨纶等许多产品相继问世。纤维材料的发展历程和技术进步如图1所示。 图1 纤维材料的发展历程与技术的进步 随着纤维技术的发展和积累，新技术与新的基础理论相结合，开始形成新纤维品种。近年，纤维科学界把高分子纤维、材料的高性能化、高功能化作为重要的研究方向，开发了一批具有高性能、高功能的新一代化学纤维。高功能纤维就是从高分子原料的合成、反应、结构及聚集态，到纤维成型的物理加工、高次结构的控制等方面研究出发，采用新的工艺技术和后加工技术，从而使纤维具有了
某种特殊功能。高功能纤维一般可分为仿真纤维、防护功能纤维、分离功能纤维、保健卫生功能纤维和传导性纤维五个大类[1]。 功能纤维是指除一般纤维所具有的物理机械性能以外，还具有某种特殊功能的新型纤维。所谓的特殊功能，指的是反渗透、分离混合气体、透析、超滤、吸附、吸油、离子交换、高效过滤、导光和导电等。功能纤维以其各自的特殊功能，在工业上分别得到相应的应用。比如说:纤维具有卫生保健功能(抗菌、杀螨、理疗及除异味等)；防护功能(防辐射、抗静电、抗紫外线等)；热湿舒适功能(吸热、放热、吸湿、放湿等)；医疗和环保功能(生物相容性和生物降解性)[2]。功能纤维的发展是现代纤维科学进步的象征。功能化纤维、差别化纤维和高性能纤维的发展为传统纺织工业的技术创新, 向高科技产业的转化创造了有利条件, 为人类生活水平的提高作出了贡献。 功能性纤维按照功能主要属性可分为以下四大类： 1.物理性功能其中电学功能有抗静电性、导电性、电磁波屏蔽性、光电性以及信息记忆性等；热学功能有耐高温性、绝热性、阻燃性、热敏性、蓄热性以及耐低温性等；光学功能有光导性、光折射性、光干涉性、耐光耐候性、偏光性以及光吸收性等；物理形态功能有异形截面形状、超微细和表面微细加工性等。 2.化学性功能如光降解性、光交联性、消异味功能和催化活性功能等。 3.物质分离性功能如分离性功能有中空分离性、微孔分离性和反渗透性等; 吸附交换功能有离子交换性、高吸水性、选择吸附性等。 4.生物适应性功能其中医疗保健功能如防护性、抗菌性、生物适应性等; 生物功能如人工透析性、生物吸收性和生物相容性。 功能性纤维按照功能分为六大类： 1.防护性纤维（主要包括抗静电、抗辐射、防紫外线、保温纤维） 防护功能纤维指利用现代科技手段制造的，在危害环境中能对人起防护作用的纤维材料。
XXX有限责任公司 竹炭改性涤纶纤维生产线建设项目 可行性研究报告 编制单位：北京中投信德国际信息咨询有限公司编制时间：https://www.doczj.com/doc/8b1970556.html, 高级工程师：高建
目录 第一章总论 (1) 1.1项目概要 (1) 1.1.1项目名称 (1) 1.1.2项目建设单位 (1) 1.1.3项目建设性质 (1) 1.1.4项目建设地点 (1) 1.1.5项目负责人 (1) 1.1.6项目投资规模 (1) 1.1.7项目建设规模 (2) 1.1.8项目资金来源 (2) 1.1.9项目建设期限 (2) 1.2项目建设单位介绍 (3) 1.3编制依据 (3) 1.4 编制原则 (4) 1.5研究范围 (4) 1.6主要经济技术指标 (4) 1.7综合评价 (5) 第二章项目建设背景及必要性可行性分析 (7) 2.1项目提出背景 (7) 2.2项目提出缘由 (8) 2.3项目建设必要性分析 (8) 2.3.1顺应我国服装行业快速发展的需要 (8) 2.2.1推动我国纺织行业技术进步升级的需要 (9) 2.2.2满足当前竹炭改性涤纶纤维市场需求的需要 (9) 2.3.4提升企业竞争力水平，有助于企业长远战略发展的需要 (10) 2.3.5增加当地就业带动产业链发展的需要 (10) 2.3.6带动当地经济快速发展的需要 (11) 2.4项目建设可行性分析 (11) 2.4.1政策可行性 (11) 2.4.2市场可行性 (12) 2.4.3技术可行性 (13) 2.4.4管理可行性 (13) 2.5可行性分析结论 (14) 第三章项目市场分析 (15) 3.1我国服装行业发展状况分析 (15) 3.2我国服装行业发展前景分析 (16) 3.4我国纺织品行业发展状况分析 (16)
本文摘自再生资源回收-变宝网（https://www.doczj.com/doc/8b1970556.html,） 最全面的改性纤维介绍 改性纤维又称功能性纤维，它是指借化学或物理的方法使常规化学纤维品种的某些性能（如吸湿性、染色性、抗静电性、阻燃性等）加以改进而派生的一系列新功能纤维的总称。 这类似于通常的橡胶改性，塑料改性等。通常，人们所穿的衣物是由纤维纺织而成，其原料可能是天然材料也可能来自人工合成，但是原料状态不一定完美，例如可能不太好染色，因此需要通过一系列方法对其进行改造，从而使纤维更加适合使用，此即为纤维改性在生活中最普遍的应用。 传统改性方法有化学法及物理法，近年来亦发展出生物法。改性纤维的历史 纤维材料的应用可追溯到公元前两三千年，当时的人们就知道通过动物的皮毛来进行纺丝，是人类文明发展的一个不可或缺的部分。 后来随着科技的发展，纤维材料在制造、加工、应用方面都得到了革命性的发展，同时新纤维材料也不断被成功开发，各种新型纤维不断出现，给人类的生活带来了翻天覆地的变化。 可是天然纤维的使用开始于古代，而人工合成的化学纤维只是在最近几十年才被开发出来。虽然化学纤维的历史很短，但其发展速度却非常之快，用途也越来越广泛。相比之下，天然纤维的发展则相对比较缓慢。实际上，现在应用于天然纤维上的许多新工艺和新技术首先是在化学纤维领域被开发出来，而后才逐渐被应用到天然纤维上。 天然纤维的使用开始于史前时期。史前的人类就开始利用亚麻植物上的麻纤维捻成纱线，然后织成面料。目前，主要有四种天然纤维：棉、蚕丝、亚麻和羊毛。
利用再生纤维（人造纤维）或合成纤维来提高生活质量，开始于粘胶纤维的产生。粘胶纤维作为第一个化学纤维，于1910年投人生产。 从那时起，就开始有很多种化学纤维被广泛应用于服装、室内装饰和工业用纺织品化学纤维具有很多天然纤维不具有的特性。每年人们都会在服装、室内装饰、医药卫生、工业用纺织品等领域发现化学纤维的一些新用途。以前，有很多服装设计师不喜欢使用化学纤维面料，但现在已有一些设计师成了化学纤维的狂热支持者，如：卡尔·拉格费。改性的思路 纤维材料改性的基本思路大都以最终目标性能为指导，充分利用或开发与之相适应的加工、改性方法，再进行设计和制备。 例如，对于天然纤维及生物质纤维材料，出于其本身的良好服用性能及特性，改性目标大都针对其某些弱点或拓展其功能化应用。原则上是要在保持其原有优异性能的前提下，赋予新的性能。 而对于合成纤维改性的主要目标是赋予其天然纤维的性能，或满足特殊性能的需要，如高强、高模、高弹、耐热及各种特殊功能等。简单点说就是给纤维加技能点。 为此，必须对天然纤维及合成纤维的结构与性能的关系有系统而深刻的了解。然而，模仿天然纤维并不是简单再现其组织结构，更重要的是通过对纤维的改性，模拟天然纤维的功能。 然而，出于纤维结构与性能错综复杂的关系，当采用某种方法改善某一种性能时，不可避免地会引起其他性能的变化。 如用共聚合改进疏水性合成纤维的吸湿性或染色性时，往往伴随熔点降低或强度下降。因此，在改性中必须防止纤维有价值的性质受到过多的影响．应在相互矛盾的效应中求得综合平衡或“加合效应”，使纤维材料获得更高的使用价值和更广泛的用途。
PBO纤维和树脂基体间TIFSS提高，但过多的偶联剂会导致偶联剂交联层过 厚，反而会TIFSS 降低．而等离子对纤维表面的刻蚀作用首先作用在偶联剂上，使得偶联剂形成接枝交联层，该偶联剂层对纤维能起到一定的保护作用，因此PBO纤维的σ下降的不多。 分析可知，偶联剂与等离子结合起来改性的工艺条件是：A一187偶联剂的含量为2％，氩气低温等离子处理的时间为2 min ，压力为5Opa，功率为30W。 在所选择的偶联剂中，A一187型偶联剂对提高PBO纤维与环氧树脂间Γ IFSS 效果最好，偶联剂的最佳的含量2％．(2)当A- 187含量为2％，氩气低温等离 子处理条件为2min，30W，50Pa时，改性后的PBO纤维的Γ IFSS 胂高达lO．44MPa， 相对于仅用偶联剂A-187改性的Γ IFSS 提高了52％，相对于原丝的Γ IFSS 提高了 78％。PBO纤维的浸润性也得到了很大的改善。(3)氩气低温等离子结合偶联剂
改性后的PBO纤维随着时问的推移，Γ 的下降不明显；接触角增大的幅度也 IFSS 不明显，其变化趋向于平稳，还略有下降趋势。氩气低温等离子体结合偶联剂改性的PBO纤维的衰减效应不明显。 接枝液常选用具有极性基团的烯类单体，其与树脂基体具有较好的相容性，能够与等离子体在纤维表面产生的活性中心发生反应。单体在纤维表面接枝后，可增强纤维表面和树脂基体间的相互作用，从而增强了复合材料的界面性能。 纤维是一种高性能纤维,但是由于它表面过于光滑,纤维表面活性又低,没有活性基团,因此与树脂基体的界面粘接性能差,一般比纤维低。所以需要对纤维表面进行处理,使纤维表面粗糙,提高表面自由能,增加纤维表面极性官能团数量,从而提高纤维与树脂基体的界面粘接强度。据资料报道,美国道化学公司采用活性等离子体处理方法在实验室对纤维进行表面处理,其中氧等离子处理使界面剪切强度邓提高了欧洲专利〕报道,采用气体三氧化硫对纤维进行磺化改性,通过在纤维表面引人磺酸基团,增加纤维表面极性,可以有效改善纤维表面的润湿性能,使得纤维与环氧树脂间界面剪切强度提高西安交通大学通过使用不同的硅烷类偶联剂对纤维进行涂覆,改性后的纤维与树脂基体间的界面剪切强度可以提高左右石佩玉等人也通过电子束辐射改性纤维,结果表明纤维和橡胶基体间的界面剪切强度可提高。本文研究了对纤维表面进行电晕放电处理后,纤维环氧复合材料缠绕成型环层间剪切强度的变化情况。 硫酸处理过的PBO纤维虽然强度没有盐酸处理过的纤维强度下降的多，但强度离散性是这几种介质处理后最大的，从图3一26看出在硫酸中纤维的破坏形式不同于在盐酸中，它是以原纤从纤维主体上剥离开始的。这可能是因为PBO 聚合物可以溶于质子酸的缘故，PBO分子链本身相互作用力很弱，而原纤间微弱
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910158668.1 (22)申请日 2019.03.01 (71)申请人 中国科学院宁波材料技术与工程研 究所 地址 315201 浙江省宁波市镇海区中官西 路1219号 申请人 中国科学院大学 (72)发明人 陈鹏 刘向哲 王魁 (74)专利代理机构 杭州君度专利代理事务所 (特殊普通合伙) 33240 代理人 朱亚冠 (51)Int.Cl. D06M 15/61(2006.01) D06M 13/513(2006.01) C08G 73/06(2006.01) D06L 1/02(2006.01)D06M 101/20(2006.01) (54)发明名称一种表面改性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法(57)摘要本发明公开一种表面改性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法。所述改性UHMWPE纤维的组成从外到内依次为：PDA涂层、UHMWPE纤维内层。其中，活化PDA涂层由4～8层活化PDA粒子组成，具有稳定疏松多孔结构。活化PDA涂层与UHMWPE 纤维存在强烈的非共价键作用；活化PDA涂层中，同层或非同层PDA粒子间通过与硅烷偶联剂发生化学反应生成的共价键连接在一起，形成稳定的活化PDA涂层结构。本发明利用投入的硅烷偶联剂与多巴胺的摩尔比，控制PDA的粒径，制备出疏松多孔PDA涂层；利用搅拌速率获得厚度适中的PDA层，利用合理投料方法获得稳定的活化PDA层 结构。权利要求书2页 说明书10页 附图1页CN 110042665 A 2019.07.23 C N 110042665 A
改性涤纶的发展 【转载】发布者：日期：2011-04-03 1941年英国Whenfield和Dikson以对苯二甲酸和乙二醇为原料合成了聚对苯二甲酸乙二酯，并制成了纤维，在我国商品名为涤纶。涤纶于1946年在英国工业化生产，1953年开始在世界范围内大规模工业化生产，1971年开始在数量上超过尼龙，成为第一大合成纤维。由于涤纶具有强度高、弹性好、保型性好、尺寸稳定性高等优异性能，由其织成的衣物经久耐穿，电绝缘性好，易洗快干，具有“洗可穿”的美称，因而被广泛应用于服装、装饰、产业等领域。但是涤纶由于内部分子排列紧密，分子间缺少亲水结构，因此回潮率很小，吸湿性能差。在相对湿度为95％的条件下，其最高吸湿率为0.7％，由于其吸湿性差，抗静电性不好，涤纶织物透气性不好，染色性差，抗起毛起球性差。 针对涤纶使用性能的缺陷，其改性研究主要有：一是物理改性方法，主要在涤纶的生产过程中进行物理共混改性；二是化学改性方法，运用化学接枝或嵌段的方法改变涤纶的分子链结构，改善涤纶的服用性能。 1 涤纶的染色改性 涤纶纤维是疏水性的合成纤维，缺乏能与直接染料、酸性染料、碱性染料等结合的官能团。虽然具有能与分散染料形成氢键的酯基，但是涤纶分子链结构紧密，染料分子不易进入纤维内部，致使染色困难，色泽单调，直接影响到涤纶面料花色品种的开发。由于涤纶的结晶度高，纤维中只存在较小的空隙，当温度较低时，分子热运动改变其位置的幅度较小，在潮湿条件下，涤纶纤维又不会象棉纤维那样能通过剧烈溶胀而使空隙增大，染料分子难以渗透到纤维内部。涤纶染色时通常只能用分散染料进行染色，并且必须在高温高压下或借助载体进行染色。为了提高涤纶的染色性能，从分子结构上考虑，提高分子链的疏松程度，将有助于染料分子的进入。改善染色性能主要采用的方法有：(1)与分子体积庞大的化台物共聚；(2)与具有可塑化效应的化合物混合纺丝；(3)导入具有醚键那样的和分散性染料亲和性好的基团。采用共聚方法改性制得的涤纶树脂熔点低，结晶度低，纤维的热性能和机械性能受到一定程度的损害。 阳离子染料可染改性方法是将涤纶染色改性剂，如简苯二甲酸二甲脂-5-磺酸钠(俗称三单体，英文缩写SIPM)与涤纶共聚，共聚后的涤纶分子链中引入了磺酸基团，可用阳离子染料染色，所染织物色彩鲜艳，染料吸尽率高，大幅度减少了印染废水的排放，共聚聚酯切片又能增加抗静电、抗起毛球及吸湿性能，是近年来改善涤纶染色性能的主要方法之一。日本尤尼吉卡公司用4份含磺酸基团的间苯二甲酸盐单元的阳离子可染聚酯与1份乙二醇／聚乙二醇／磺酸基间苯二甲酸钠／对苯二甲酸的嵌段共聚物共混纺丝，可制成具有高染色深度
为了解决UHMWPE纤维与基体结合粘结性差的问题，长期以来各国的学者作了许多相关的研究，也取得了一定的进展。一些常用的方法主要有等离子处理，电晕放电处理，辐照处理以及氧化法处理等等。 1 等离子处理 等离子体处理由于仅作用在材料表面有限深度内(几个分子)，对纤维的力学性能不会有太大的影响，因而受到了人们的关注。等离子体处理UHMWPE纤维表面的方法分为低温等离子体处理和等离子体引发接枝表面处理两种方法。 韩国的Sung In Moon，Jyongsik Jang 研究了氧气等离子处理后UHMWPE与乙烯基酯树脂的粘结性能的变化，他们发现处理后的纤维与未处理的纤维比较，横向拉伸强度提高，这表明复合体的界面粘结性能得到了改善，且通过SEM观察发现纤维表面产生很多微陷，这有利于纤维与树脂之间的机械互锁作用，同时他们用有限元分析的方法研究了UHMWPE与基体之间力
的传递。 Hengjun Liu等人采用氩气对UHMWPE 纤维进行等离子处理，研究结果显示处理后的纤维耐磨性和硬度都得到了提高，同时其表面的润湿性也得到了提高。之后的研究中他们又将UHMWPE在氧气等离子体在微波电子回旋共振系统中进行处理研究纤维性能的改变，他们发现纤维的硬度和耐磨性都得到了提高的同时纤维的表面产生了许多含氧的活性基团，增加了纤维与基体的润湿性和粘结性。 Zhang YC等人针对超高分子量聚乙烯纤维表面能低与基体结合性能差的缺点，采用了在常压下对纤维进行等离子处理改性的方法，实验中采用的纤维是表面包裹有纳米二氧化硅的UHMWPE纤维，等离子处理所用的载气为氩气和氧气的混合气体(100:1)，处理后纤维的表面能明显提高与基体的润湿角减小，通过红外光谱分析后发现在纤维表面产生了很多的含氧活性基团，大大提高了其与树脂的结合性能。
材料表面改性方法 材料表面改性是指不改变材料整体（基体）特性，仅改变材料近表面层的物理、化学特性的表面处理手段，材料表面改性也可以称为材料表面强化处理。 现代材料表面改性目的：是把材料表面与基体看作为一个统一的系统进行设计与改性，以最经济、最有效的方法改变材料近表面层的形态、化学成份和组织结构，赋予新的复合性能，以新型的功能，实现新的工程应用。现代材料表面改性技术就是应用物理、化学、电子学、机械学、材料学的知识,对产品或材料进行处理，赋予材料表面减磨、耐磨、耐蚀、耐热、隔热、抗氧化、防辐射以及声光电磁热等特殊功能的技术。 分类： 1、传统的表面改性技术： 表面热处理：通过对钢件表面的加热、冷却而改变表层力学性能的金属热处理工艺。表面淬火是表面热处理的主要内容，其目的是获得高硬度的表面层和有利的内应力分布，以提高工件的耐磨性能和抗疲劳性能。 表面渗碳：面渗碳处理:将含碳(0.1~0.25)的钢放到碳势高的环境介质中,通过让活性高的碳原子扩散到钢的内部,形成一定厚度的碳含量较高的渗碳层,再经过淬火\回火,使工件的表面层得到碳含量高的M,而心部因碳含量保持原始浓度而得到碳含量低的M,M的硬度主要与其碳含量有关,故经渗碳处理和后续热处理可使工件获得外硬内韧的性能. 2、60年代以来：传统的淬火已由火焰加热发展为高频加热 高频加热设备是采用磁场感应涡流加热原理，利用电流通过线圈产生磁场，当磁场内磁力线通过金属材质时，使锅炉体本身自行高速发热，然后再加热物质，并且能在短时间内达到令人满意的温度。 3、70年代以来： 化学镀：是指在不用外加电流的情况下,在同一溶液中使用还原剂使金属离子在具有催化活性的表面上沉积出金属镀层的方法。 4、近30年来： 热喷涂：热喷涂是指一系列过程，在这些过程中，细微而分散的金属或非金属的涂层材料，以一种熔化或半熔化状态，沉积到一种经过制备
芳纶纤维表面改性研究进展 摘要：分析了芳纶纤维目前存在的问题，综述了芳纶的各种改性技术进展，包括表面涂层、化学改性、物理改性等，并展望了芳纶纤维改性技术的发展前景。关键词：芳纶纤维；表面改性；表面涂层；化学改性；物理改性Progress in surface modification of Aramid fibers Abstract：The present problems of aramid fibers were analyzed，and the progress in the modification of aramid fibers was reviewed。The methods of modification include coating，chemical-modification，physical-modification，and so on。 The trends of development in the modification of aramid fibers were pointed out。 Key words：Aramid fibers；surface modification；coating；chemical-modification；physical-modification 芳纶是目前世界上发展最快的一种高性能化学纤维，它是由美国杜邦公司最先开始研制的。其聚合物大分子的主链由芳香环和酰胺键构成，且其中至少85%的酰胺键直接键合在芳香环上，每个重复单元的酰胺基中的氮原子和羰基均直接与芳香环中的碳原子相连，并且置换其中一个氢原子的聚合物称为芳香聚酰胺树脂，由它纺成的纤维总称为芳香聚酰胺纤维，我国定名为芳纶[1]。自20世纪70 年代初，芳纶在美国核潜艇“三叉戟”C4潜地导弹的固体发动机壳体上应用以来，芳纶现在已经被广泛应用在很多行业。据统计，用于防弹衣、头盔等约占7%~8%；航空航天材料和体育材料约占40%；轮胎和胶带骨架等约占20%；高强绳索等约占13%[2]。从间位芳香族聚酰胺的结晶结构分析测试可知，从酰胺平面测量得亚苯基环的两面角成30°，这就使得它的结构相当稳定，并且亚苯基-酰胺之间和C-N键旋转的高能垒阻碍了间位芳香族聚酰胺分子链，成为完全伸直链的构象。它晶体里的氢键作用强烈，使其化学结构稳定，这就赋予间位芳香族聚酰胺纤维优越的耐热性、阻燃性和耐化学腐蚀性。对位芳香族聚酰胺的结晶结构为假斜方晶系，大分子链在结晶区域是完全伸长的。 NH-O 的角度是160°，这
阳离子可染改性涤纶纤维 阳离子可染改性涤纶纤维阳离子可染改性涤纶是在涤纶大分子上引入对阳离子染料具有亲和力的磺酸基或磷酸基团，分高压型(CDP)和常压型(ECDP)两种。 CDP纤维所加入抑第三单体为间苯二甲酸磺酸钠，其染色温度为120℃左右；ECDP纤维除第三单体外，还加入第四单体，常见的有脂肪或芳香二羧酸及其衍生物、脂肪或芳香二元醇及其衍生物以及羧酸类化合物等，其染色温度为100℃；ECDP纤维还分醚型和酯型两种，酯型的耐热性比醚型的好。 阳离子可染改性涤纶纤维的主要特点是可用阳离子染料常压沸染，这既克服了常规涤纶必须用高温高压或载体染色的不足，又可使毛/涤、涤/腈等混纺织物一浴法染色较为容易，而且染色的色泽比较鲜艳。阳离子可染改性涤纶可用于生产各类仿毛产品，短纤或长丝广泛用于生产多类混纺的精、粗纺呢绒，毛线、毛毯以及仿毛花呢等织物。 阳离子可染改性涤纶的缺点是强力较低，耐酸碱性较差，尤其对强碱很敏感，在强碱作用下水解速度比常规涤纶高2~3倍。但可利用这一特性对其进行碱减量处理，提高纤维的柔软性和吸湿性，进而提高其穿着舒适性。 另外，阳离子可染改性涤纶纤维的耐热性也较差，故在织物的定形后处理中，温度要适当降低，一般CDP为170℃，ECDP为160℃较好。 实务： 目前坊间染染改性涤纶纤维很多，主要以保特瓶回收后加工处理，为环保尽力；Recycle 标志。 现场染色加工与传统腈纶差异不大，差在批次的稳定度，纱的饱和值及起始上色温度、最大上色的温度点。 因此现场染色时每批纱务必要先做纱的饱和值(对比性)及起始上色温度、最大上色的温度点(Step-dyeing)控管，决定缓染剂使用量及持温控管点，否则问题层出不穷。
摘要 论文介绍了芳纶纤维的种类、性能以及目前国内外芳纶表面改性的常用方法及研究进展。芳纶纤维高模量、高强度、低密度、耐氧化、耐腐蚀的性能使其在橡胶工业、信息技术产业、纺织业领域有着广泛的应用前景。由于表面的惰性限制了芳纶纤维的应用，因而其表面处理尤为重要，硝化/还原、氯磺化等化学改性和等离子体、电子束等物理改性均可改善芳纶纤维表面的物理和化学状态，提高其与基体间的粘合性能。 关键词：芳纶／环氧复合材料；等离子体：表面；浸润性
芳纶纤维表面改性研究 专业：纺织工程姓名：李鑫陵学号：0820301018 全芳香族聚酰胺泛指至少85％的酰胺键和两个芳环相连的长链合成聚酰胺，由此类聚合物制得的纤维称为芳香族聚酰胺纤维(Aramid fiber)。在我国此类纤维被称作芳纶。间位芳香族聚酰胺(PMIA)纤维称为芳纶1313；对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维称为芳纶1414。其中“1313、1414”代表酰胺基团与苯环相连接的位置。国外有关芳纶1313的商品主要有：美国杜邦的Nomex@、日本帝人的Conex@等；有关芳纶1414的商品主要有：美国杜邦的kevlar@、荷兰的Twaron@、日本帝人的Technora@等。 芳纶纤维是由美国杜邦公司最先研制的一种由刚性分子链形成的高结晶度、高取向度材料，具有相对密度小、耐疲劳、耐剪切等一系列优异性能，在橡胶工业等领域广泛用于芳纶纤维增强复合材料。复合材料的性能与基体相、增强相及两相界面结合状况均有关，良好的界面结合可使复合材料更好地发挥力学性能。芳纶具有刚性分子结构，分子对称性高，横向分子间作用力弱，分子间氢键弱，横向强度低使得在压缩及剪切力作用下容易产生断裂；由于具有较高的结晶度，使得纤维表面光滑、无反应活性，导致其与大多数基体之间的界面粘附性很差，因此，要改善芳纶纤维与复合材料的界面结合情况，充分发挥芳纶优异的力学性能，就要对芳纶表面进行改性处理。 1 芳纶纤维的表面改性方法 芳纶的表面改性可以通过等离子体、超声波等物理技术或硝化/还原、氯磺化等化学方法，在纤维表面引入羟基、羰基等极性或活性基团，与基体间形成反应性共价键结合，从而提高纤维与基体间的粘合强度。 1.1 共缩聚改性 通过在芳纶分子链中引入具有不同结构的第三单体，在基本保持原有优良性能的前提下，改善芳纶纤维的溶解性、耐疲劳性等性能。 Bernhard等采用取代对苯二胺和二氯对苯二酰共缩聚反应，制备不同的刚性棒状芳香族聚酰胺，其主要晶体结构与对位芳纶类似，不同的是，在热处理中不会发生结构变化，苯环取代的空间位阻和电子效应导致纤维固态结构不同。
1.表面技术概念：广义：是直接与各种表面现象或过程有关的，是能为人类造福或被人类利用的技术；通过物理、化学或机械以及复合方法，使金属表面具有与基体不同的组织结构、化学成分和物理状态，从而赋予表面与基体不同的性能； 通过物理、化学或机械以及复合方法，使金属表面具有与基体不同的组织结构、化学成分和物理状态，从而赋予表面与基体不同的性能； 2.按照作用原理分类（matton分类）： （1）原子沉积：以原子、离子、分子和粒子集团等原子尺度沉积在基体表面上，如电镀，化学镀，PVD，CVD等； （2）颗粒沉积：以宏观尺度形态在基体上形成覆盖层，如热喷涂，冷喷涂，或搪瓷涂层；（3）整体覆盖：沉积材料同一时间整体涂覆在基体上，如热浸镀，涂装，堆焊和包箔等；（4）表面改性：用物理、化学、机械等方法改变材料表面形貌，化学成分，组织结构和应力状态灯，如喷丸，喷砂，化学热处理； 3.基体表面预处理： 概念：用物理、化学方法除去基体表面的油污，氧化皮及其它污染物，使基体表面呈现出一定的粗糙度和清洁度； 前处理包括：（1）表面整平：使表面平整，光滑，达到要求的粗糙度，抛光，磨光，滚光；（2）除油（脱脂）：有机除油，化学法，电化学法； （3）除锈（酸洗）：化学、电化学； （4）弱腐蚀（活化）：电镀、化学镀，除去表面钝化膜，露出新鲜晶格组织稀酸稀碱中处理； 4.喷砂：定义：利用压缩空气把磨料高速喷到零件表面，对其清理的方法。钢砂，石英砂，氧化铝，碳化硅； 应用范围：（1）可清除热处理件（锻件、铸件）表面氧化皮，型砂； （2）可除去工件表面毛刺，锈蚀，油污； （3）对于不宜用酸洗除氧化皮工件，可用喷砂代替； （4）对于某些表面技术，如热喷涂，涂装，可用喷砂产生一定粗糙度，产生“锚固效应”；喷丸：与喷砂原理和设备类似，只是采用的磨料不同， 应用范围：①是零件产生压应力，从而提高零件的疲劳强度和抗应力及抗腐蚀能力。②代替一般冷热成型工艺，可对大型薄壁铝制零件进行成型加工，这样可避免零件表面残留的张应力而形成有利的压应力。③对扭曲的薄壁零件进行校正，经喷丸后的零件使用温度不能太高，以防消除喷丸产生的压应力，使用温度范围因材料而定，一般钢铁件为260-290℃，铝零件为170℃。 5.覆盖能力：使工件最凹处沉积上金属的能力； 均镀（分散）能力：使金属镀层厚度均匀分布的能力； 分散能力好，深度能力肯定好；深度能力好，均镀能力不一定好； 电流效率：电极上实际析出（溶解）物质的质量与理论计算得到的析出（溶解）物质的质量的比； 6.电镀：指在含有欲镀金属的盐类溶液中，以被镀基体金属为阴极，通过电解作用，使镀液中欲镀金属的阳离子在基体金属表面沉积出来，形成镀层的一种表面加工方法； 使电镀分散能力强措施：工件形状越简单越好，加入络合剂，提高溶液导电性，加入导电盐，离阳极距离远一些，可以使镀层分散能力更好； 7.阴极极化：当电流通过电极时，电极电位会偏离平衡电极电位，随电流密度增加电极电位不断变负，即阴极极化； 电化学极化：由于阴极上电化学反应速度小于外电源供给电极电子的速度，从而使电极电位向负的方向移动而引起的极化作用；