下载文档原格式
单体比例对杂环型芳纶纤维拉伸及力学性能的研究摘要：分析杂环单体比例对纤维物理性能的影响，其改善分子的刚性，提高拉伸倍率，增加的纤维的断裂强度。
关键词：杂环单体；物理性能；拉伸倍率；断裂强度引言芳纶Ⅲ是一种三元共聚的杂环类共聚芳香族聚酰胺纤维，它是一种性能优异的高技术特种纤维，具有增强、减重、拒腐蚀、抗降解、耐高温等优越的功能特性，支撑着当代航空、军事工业，生命保护等尖端产业的核心基础材料和直接影响国家安全利益的战略物质，芳纶Ⅲ具有广阔的市场前景和迫切的显示需求。
芳纶Ⅲ具有优异的力学性能，其拉伸强度是Kevlar纤维的1.3-1.4倍[1]。
目前芳纶Ⅲ目前主要由俄罗斯研制，我国还处于小试和中试的研究阶段，尚未有规模化生产，国内对芳纶Ⅲ制备的报道也相对较少[2]。
芳纶Ⅲ是基于芳纶1414的基础上，加入一种含咪唑的杂环二胺，这里我们称它为M3，杂环结构的引入会改变纤维结晶度、玻璃化转变温度[3]。
调节M3比例，使聚合液达到非液晶态从而可以用来进行湿法纺丝，下面我们就来试验加入不同比例的M3来看看对纤维强度以及纺丝过程的影响。
1实验准备M3： 5（6）-二氨基-2-（4-氨基苯）苯并咪唑三种浆液分别为：M3:PPD=2:3、M3:PPD=1:1和M3:PPD=3:2固含量5%的聚合液纺丝设备：本公司自行研制小试湿法纺丝实验线测试设备：采用英国Instron4302型强力测试仪2实验2.1纺丝成型实验分别将三种不同浆液经过脱泡、过滤、加温至40℃，通过50%DMAC和1.5%LiCl 、55%DMAC和1.5%LiCl 以及60%DMAC和1.5%LiCl的水溶液拉制成丝，凝固浴温度设定为常温，分别观察三种聚合液的成型情况，未发现三种聚合液在凝固成型过程中明显差异，成型工艺基本一致。
2.2塑化拉伸实验纤维出凝固浴后经过牵引辊进入20%DMAC、0.5%LiCl的水溶液制成的塑化拉伸浴，控制塑化拉伸浴的的温度在60-70℃之间，调节纤维在塑化浴中的不同拉伸倍数。
我国芳纶纤维目前生产应用的状况以及存在的问题近年来，我国一直致力于芳纶纤维国产化、规模化的技术开发，芳纶纤维也被中国化纤工业协会列为“绿灯项目”。
但由于芳纶纤维具有重要的战略意义，发达国家对其一直实施技术封锁和有限禁运，导致国内芳纶产业起步晚，多层技术壁垒尚未根本破解，严重制约了产业发展。
专家指出，在夹缝中求生存的我国芳纶纤维产业如何集中优势力量抓紧突破国外技术壁垒，提早实现产业化已显得至关重要。
一、芳纶纤维的特性凡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%的酰胺基直接键合在芳香环上，每个重复单元的酰胺基中的N原子和羰基均直接与芳香环中C原子相连接并置换其中的一个H原子的聚合物纤维称为芳香族聚酰胺纤维，我国定名为芳纶纤维。
芳纶纤维包括全芳香族聚酰胺纤维和杂环芳香族聚酰胺纤维两大类。
而全芳香族聚酰胺纤维中已经实现工业化的纤维，主要是对位芳纶和间位芳纶，这两大类芳纶的主要区别是，酰胺键与苯环上的C原子相连接的位置不同( 如图1)。
杂环芳香族纤维是指含有 N，O，S等杂原子的二胺和二酰氯缩聚而成的纤维，如有序结构的杂环聚酰胺纤维等。
[1-4]图1芳纶分子式芳纶纤维具有超高强度、高模量、耐高温、耐酸碱、质量轻等优良性能，其中比强度是钢的5 ～ 6倍，模量是钢丝和玻璃纤维的2 ～ 3倍，韧性是钢丝的2 倍，而密度仅为钢丝的1 /5 左右。
芳纶是综合性能优良、产量最大、应用最广的高性能纤维，在高性能纤维中占有重要的地位，在国防，航空航天，汽车减重节能减排，新能源开发等各方面具有不可替代的作用。
[5]二、芳纶纤维的分类芳纶主要分为两种：间位芳纶和对位芳纶。
2.1 间位芳纶间位芳纶，即聚间苯二甲酰间苯二胺纤维，我国称之为芳纶1313。
间位芳纶具有长久的热稳定性，这是其最重要的特性，可在200 ℃高温下长期使用不老化，具有极佳的尺寸稳定性。
间位芳纶具有本质阻燃性，其极限氧指数值(LOI)＞28 %，在空气中不会自燃、融化，也不会产生熔滴，离焰自熄。
摘要采用非热压罐成型(OOA)法制备得到了杂环芳纶纤维增强环氧树脂复合材料，并研究了复合材料树脂的质量分数、样品的切割方式和厚度等参数对杂环芳纶纤维增强环氧树脂复合材料的压缩强度和层间剪切强度的影响。
选取80℃为OOA环氧树脂复合材料树脂浸润温度，并结合树脂的固化特性分析，OOA环氧复合材料的固化工艺为80℃／0.5h+130℃／3h。
通过研究不同参制样数对复合材料力学性能的影响从研究结果中发现，结果发现在树脂质量分数为43%、机械切割制备样品、样品厚度较厚时，复合材料的压缩强度和层间剪切强度更高；同时，这样的制样条件也能更好反映杂环芳纶复合材料的性能。
含杂环的芳香族聚酰胺纤维(杂环芳纶，芳纶III)是一种主链由芳环和杂环组成的高聚物纤维，其除了具有优异的物理力学性能、热氧稳定性、阻燃性及优良的电绝缘性能外，其耐高温性能甚是优良，在200℃左右的高温条件下能长期保持较好的力学性能，在高达300℃的条件下依然保持38%或以上强度，比纯芳纶(无杂环，芳纶II)如Kevlar，Twaron具有更加突出的耐热性和更高的力学性能。
先进树脂基复合材料具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、阻尼减震性好、性能可设计等优势，已经成为航空航天结构用的重要材料。
目前航空航天用高性能树脂基复合材料成型主要使用热压罐工艺。
而新兴的非热压罐成型(OOA)工艺是一种低成本复合材料制造技术。
发展树脂基复合材料的非热压罐固化技术，可以大大降低主要由热压罐成型工艺采用的高耗能设备、高性能工艺辅材及昂贵的成型模具等带来的高费用，而且OOA预浸料成型工艺不受热压罐限制，可以用于制备大结构件。
因此，非热压罐固化技术是降低树脂基复合材料制件成本的一个重要发展方向。
笔者通过OOA方法制备得到了杂环芳纶纤维增强环氧树脂复合材料，并研究不同参数对杂环芳纶纤维复合材料力学性能的影响，分析并确定更为适合杂环芳纶纤维复合材料的制样方案。
01实验部分1.1 主要原材料杂环芳纶纤维：线密度：200tex；环氧树脂：E-51，市售；潜伏型双氰胺固化剂：100s。
橡 胶 工 业CHINA RUBBER INDUSTRY108第71卷第2期Vol.71 No.22024年2月F e b .2024芳纶短纤维对天然橡胶胶料性能的影响邱 健 ，蒋超杰，严 刚，李文超，葛孚宇，高 浩，李 利*（青岛科技大学 机电工程学院，山东 青岛 266061）摘要：基于轮胎胎面胶配方，研究芳纶短纤维用量和长度对天然橡胶（NR ）胶料性能的影响。
结果表明：当芳纶短纤维长度为3 mm 时，芳纶短纤维用量为2份的胶料的Payne 效应最弱，硫化胶的拉伸强度最大，定伸应力和撕裂强度较大，耐磨性能和抗湿滑性能最好；当芳纶短纤维用量为2份时，芳纶短纤维长度为2 mm 的胶料的Payne 效应最弱，硫化胶的定伸应力和拉伸强度最大，芳纶短纤维长度为3 mm 的硫化胶的定伸应力和拉伸强度较大，撕裂强度最大，综合性能最好。
关键词：芳纶短纤维；天然橡胶；物理性能；动态力学性能中图分类号：TQ330.38＋3 文章编号：1000-890X （2024）02-0108-07文献标志码：A DOI ：10.12136/j.issn.1000-890X.2024.02.0108短纤维分为很多种类，在轮胎中的应用种类最多，不同种类的短纤维在轮胎胎面胶中的应用在各大轮胎企业得到了广泛的研究，结果表明加入短纤维可以显著提升胎面胶的性能。
芳纶短纤维具有高强度、抗拉伸、耐高温、优异的抗切割和耐化学腐蚀性能，现阶段芳纶短纤维应用的主要研究方向是将芳纶短纤维加入到轮胎胎面胶中以提高胎面胶的拉伸性能和耐磨性能，降低滚动阻力。
A.L.WALKER 等[1]在工程机械轮胎胎面胶中加入质量分数为2.5%的纤维素短纤维，胎面胶的耐磨性能提高，与未添加纤维素短纤维的胎面胶的轮胎相比，添加纤维素短纤维的胎面胶的轮胎的使用寿命延长80%。
R ．DATTA 等[2]在载重轮胎胎面胶中加入了芳纶短纤维，胎面胶的抗切割性能和抗撕裂性能增强，生热降低，动态力学性能提高。
关于芳纶纤维改性和芳纶纤维增强复合材料用树脂基体的研究摘要:芳纶纤维与各种树脂制成高性能复合材料广泛应用于航天、国防、汽车等行业，由于芳纶纤维具有高结晶度、表面化学活性基团少等缺点，使复合材料出现层间剪切强度、横向拉伸强度等性能较低等缺点，限制了复合材料性能的发挥及其应用领域的推广。
芳纶纤维复合材料研究，集中在对芳纶纤维表面进行物理的、化学方面的改性处理以及合适树脂基体的选择。
本文对这两个方面进行了总结，并提出了相关展望。
关键词:芳纶纤维复合材料改性树脂基体1前言1.1芳纶的定义芳纶是一种高科技纤维,它的全称为“芳香族聚酰胺纤维”,它具有优良的力学性能,理想的机械性质和稳定的化学性质理想的机械性质。
由芳香环和酰胺键构成了聚合物大分子的主链,且其中至少86%的酰胺基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接并置换其中的一个氢原子,我国将其定名为芳纶。
它包括全芳族聚酰胺纤维和杂环芳族聚酰胺纤维2大类,全芳族聚酰胺纤维主要包括对位的聚对苯二甲酰对苯二胺和聚对苯甲酰胺纤维、间位的聚间苯二甲酰间苯二胺和聚间苯甲酰胺纤维、共聚芳酰胺纤维以及如引入折叠基、巨型侧基的其它芳族聚酰胺纤维;杂环芳族聚酰胺纤维是指含有氮、氧、硫等杂质原子的二胺和二酰氯缩聚而成的芳论,如有序结构的杂环聚酯胺纤维等。
由于聚对苯二甲酰对苯二胺（对位芳纶，其产品有Kevlar，Twaron，国产芳纶II）是中国市场上应用最广的芳纶，本文中芳纶均指对位芳纶。
1.2芳纶纤维的应用纤维增强树脂基复合材料因有比强度高、比模量大、比重小等特点,而得到广泛应用。
先进复合材料的增强材料有碳纤维、硼纤维、超高分子量聚乙烯纤维和芳纶纤维。
芳纶纤维具有模量高、强度大以及耐热性和化学稳定性等特点,与金属和碳纤维相比,具有更低的介电常数[1],芳纶纤维与各种树脂制成高性能复合材料广泛应用于航天航空、电子信息等领域,且在轮胎、胶管、弹道以及热保护产品、工程塑料方面有广泛的应用。
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。
