提升杂环芳纶复合性能的研究进展

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。

杂环芳纶基气凝胶纤维的制备与性能研究

以5(6)-氨基-2-(4-氨基苯)苯并咪唑(PABZ)、对苯二甲酰氯(TPC)为原料合成含有咪唑基团的杂环芳纶聚合物(PABI),然后以PABI/金属钴离子(Co^(2+))溶液作为纺丝液,质量比为955的N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)/过氧化氢(H_(O)_(2))混合溶液作为凝固浴,通过氧化还原湿法纺丝和冷冻干燥制得PABI基气凝胶纤维,研究了不同固含量(以质量分数计)的PABI/Co^(2+)纺丝液制备的气凝胶纤维的化学结构、微观形貌、比表面积和孔结构、力学性能、热稳定性。结果表明:PABI和Co^(2+)之间的弱配位相互作用使纺丝溶液具有良好的流动性和可纺性,能快速均匀地氧化成具有均匀三维交联网络结构的纤维,且网络结构比较密实;当纺丝液中咪唑基团/Co^(2+)摩尔比为71时,PABI/Co^(2+)纺丝液的损耗模量和储能模量均较大,可提供较佳的交联点密度,以保持气凝胶纤维均匀的介孔结构和高的强度;当PABI/Co^(2+)纺丝液固含量为6%时,制备得到的气凝胶纤维的比表面积为127.51 m^(2)/g,孔隙率为81.41%,拉伸强度为(11.19±0.47)MPa,具有较高的孔隙率、比表面积及良好的力学性能;气凝胶纤维的最大热分解温度为554.58℃,与PABI接近,且热分解残碳含量高于PABI,具有较好的热稳定性。

一种高强度高模量杂环芳纶及其制备方法

本发明公开了一种高强度高模量杂环芳纶及其制备方法,以对苯二胺、 2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑赫和4, 4′-二氨基-2′-氯-苯甲酰替苯胺为原料,在复合溶剂中与对苯二甲酰氯进行缩聚反应,得到均相聚合物溶液,再经湿法纺丝和热处理得到新的改性杂环芳纶纤维,纤维干纱断裂强度27~36 cN/dtex。

国内外杂环芳纶的结构及性能分析

对国内外代表性杂环芳纶如国内的芙丝特、F358、F368、F12和国外的APMOC进行了系统对比分析,研究了纤维的结构与性能。结果表明:杂环芳纶的力学性能较好,其中F358的干纱和浸胶丝的力学性能最好,F368和F12的次之,其力学性能基本处于同一水平,APMOC的干纱力学性能较低,但其浸胶丝的拉伸强度最高;芙丝特的干纱强度和浸胶丝强度和断裂伸长率均最低;杂环芳纶的耐热性较高,起始热分解温度达到500℃以上,800℃时的残炭率约为60%;杂环芳纶都引入了苯并咪唑杂环结构,但APMOC主要呈现非晶态,国内的杂环芳纶呈现结晶态,其中F358的结晶度和取向度相对较高;杂环芳纶的表面有不同程度的缺陷,其中,芙丝特的表面较为光滑,F358和F368纤维表面具有较为明显的细小沟槽,APMOC和F12纤维表面有一定程度的撕裂。

非热压罐成型法制备杂环芳纶纤维增强环氧复合材料

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℃/0.5 h+130℃/3 h。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。

俄罗斯聚杂环芳纶—构成(二)

本文以等边三角形简述俄杂环芳纶 Terlon、Armos、Rusar 之间共聚二胺结构相似性关系。图形表明，俄杂环芳纶均是由全杂环 SVM 改性而衍生的，只是其结构式中 SVM链节含量不同。Rusar 是由SVM和Armos 改性而衍生，目的在于降低生产成本和提高其复合制品的增强效果。

俄罗斯杂环芳纶—概况与发展(一)

本文介绍了芳纶的分类、俄罗斯杂环节芳纶的发明先驱、研发中心、生产单位和杂环芳纶的研发过程。

俄罗斯杂环芳纶-环氧胶丝抗拉强度(四)

介绍俄杂环芳纶Tverlon、SVM、Armos和Rusar的抗拉强度中的环氧胶丝抗拉强度,并讨论其检测方法和纤维表面性能对抗拉强度的影响,阐明只有用相同规格的纤维和相同的检测方法测得的相关数据才有真正可比性。

中温固化环氧/杂环芳纶(布)预浸料及其复合材料性能研究

试验研究了044B杂环芳纶布性能、3233/044B预浸料制备及其复合材料力学性能。结果表明,044B杂环芳纶布性能较好,3233/044B复合材料的常规性能和耐热性较好,夹层结构的滚筒剥离强度高,树脂具有韧性,适用于复合材料夹层结构。该预浸料已用于航空复合材料制件。

基于(AFM-IR)技术的改性杂环芳纶表面性能研究

采用AFM-IR技术对基于杂环芳纶F358的含氯共聚改性纤维F358Cl和氟化表面改性纤维F358F进行表面结构与性能研究,并和F358及Kevlar 49产品进行对比分析。结果显示含杂环结构芳纶F358、F358F和F358Cl因无规共聚导致纤维沿径向方向化学结构不均一,而K49纯PPTA结构使其化学组成一致性较好。4种纤维的表面形貌因结构及工艺不同而差异较大,氟化处理使纤维表面形貌发生较大变化。表面力学分析结果显示纤维经氟化处理后表面刚性有所增加,几种纤维表面刚性顺序为F358F>K49>F358>F358Cl。表面热学分析结果表明氟化后纤维F358F的转变温度为116.4℃,低于未氟化纤维F358的127.3℃。

杂环芳纶及其杂环单体(五)

介绍杂环芳纶Tverlon、SVM、Armos、Rusar和广东彩艳芳纶Ⅲ的一种共聚杂环单体-苯并单咪唑二胺的结构、性质及其合成路线,并简要讨论其结构和性质对杂环芳纶聚合、成纤过程和结构性能的一些影响。

不同杂环芳纶复合材料力学性能的研究

根据改进的拉伸性能和层间剪切性能的测试方法,对不同树脂基材、不同纤度织物以及不同纤维增强方式的芳纶复合材料的拉伸强度和层间剪切强度进行性能及测试均匀性的研究。通过测试发现,氰酸酯基复合材料具有最高的拉伸强度,环氧基树脂具有最高的层间剪切强度且数据稳定性较好。不同纤度的芳纶复合材料中100 tex力学性能最好,但数据均匀性差。单向增强比织物增强具有更高的拉伸强度和层间剪切强度,但数据均匀性差。

自主研发高性能杂环芳纶,保家卫国,服务民生

由航天科工六院46所研制并成功实现产业化的国产高性能芳纶F-12打破国外的技术封锁和产品垄断。请您介绍一下F-12纤维在国产化进程中主要攻克了哪些技术难题,其性能特点和优势主要体现在哪些方面?另外,国外是否有同类产品?一、F-12纤维国产化进程中主要攻克的技术难题上世纪80年代,我国高性能芳纶产品一直依赖于进口。

杂环芳纶毛丝成因研究

纤维毛丝一方面影响其织造性能,另一方面导致机织物缺陷增多。通过研究芳纶Ⅲ的原材料单体纯度、聚合液过滤器精度、聚合液脱泡时间、纤维凝固浴温度、纺丝导辊粗糙度对纤维毛丝的影响,得到结论:原材料杂质对芳纶Ⅲ毛丝影响显著;聚合液过滤精度越高,纤维毛丝越少;聚合液脱泡时间延长有利于提高纤维毛丝合格率;凝固浴温度太高,对纤维毛丝具有负作用;导辊设备越光滑,对纤维磨损越小,纤维毛丝越少。研究结果对指导纤维生产,提高产品质量具有重要意义。

国内杂环芳纶发展现状及其纺丝生产线开发

简介了国内杂环芳纶发展项目现状,重点对60锭杂环芳纶纺丝生产线的整机结构、纺丝工艺流程、基本工艺参数、具体结构以及主要技术特点进行了分析和探讨。指出60锭杂环芳纶纺丝生产线采用了很多先进技术,具有模块化、连续化、生产效力高、自动化程度高、结构紧凑、产能高、工作环境友好等技术特点,对促进我国杂环芳纶产业化发展具有重要意义。

我国首例杂环芳纶聚合物聚合成功

正中国航天科工六院年产50 t F-12高强有机纤维5 000 L聚合设备于2012年8月中旬试生产成功,合成聚合液的黏度满足工艺指标要求,并成功用于纺丝,纤维性能达到设计指标。

苯并咪唑杂环改性芳纶的结构与性能

采用X衍射仪、强力仪、热失重仪及动态热分析仪等研究了K49、PABI及2种芳纶ⅢF3-1和F3-2的结晶性能、力学性能、热性能、动态热机械性能及热氧老化性能等,并根据结果分析了芳纶结构对性能的影响。力学性能分析结果显示,杂环结构的引入大幅度提高了纤维的强度和模量,F3-1、F3-2和PABI的干纱强度较K49分别提高61.2%、70.5%和67.2%。热氧老化实验表明,在250℃下经192 h老化后,K49、F3-1、F3-2和PABI的强度保持率分别为30%、78%、80%和68%,说明杂环结构的存在提高了纤维的热氧化稳定性。杂环结构的引入导致结晶度、初始热分解温度和玻璃化转变温度有所降低,但DMA的结果显示,杂环芳纶在200℃以内的动态模量较K49高出很多。

对位芳纶及其复合材料综述并产业化发展思考

对位芳纶由于其出色的性能,在宇宙探索、航空航天、国防军工、民用建筑等领域有大量的应用,尤其是芳纶复合材料已成为高科技领域必不可少的基础材料。对位芳纶复合材料具有轻质高强等突出特点,因此在节约减排方面具有显著效果,随着全球低碳经济的到来,芳纶及其复合材料的发展前景会越来越好。本文根据对位芳纶发展及应用的最新情况,详细介绍了对位芳纶的种类、性能、应用以及发展概况,并结合多年的对位芳纶研发及产业化经验,分析探讨了我国现有对位芳纶及其复合材料产业化发展方面存在的问题,指出我国在技术、生产效率、生产能力、设备、市场等方面与国外的差距,并据此提出对位芳纶及其复合材料今后的发展方向和研究重点。最后从科学发展观和低碳经济的角度,指出我国对位芳纶及其复合材料产业化发展的必要性和紧迫性。

芳纶Ⅲ材料在防弹装备领域的应用

防护材料的先进性决定了防护装备的先进性,新型芳纶Ⅲ防弹材料的卓越品质对提升个体防护装备的高效、舒适、轻量化具有重要意义。简要介绍了国内外常用软质防弹材料的优缺点,通过对比分析,重点解析了芳纶Ⅲ具有的优异综合性能,并以芳纶Ⅲ在防弹装备上的应用实例测试数据,论证了其在防弹性能及轻量化等多方面具有突出优势,展望了芳纶Ⅲ材料有望占领高端软质防弹装备领域的至高点。

杂环芳香族聚酰胺纺丝原液孔口胀大效应的研究

采用摄影法研究了杂环芳香族聚酰胺纺丝原液的孔口胀大效应。结果表明:杂环芳香族聚酰胺纺丝原液在喷丝头挤出时会发生孔口胀大现象,在纺丝原液比浓对数黏数为4.20 dL/g,温度20～65℃,挤出压力0.25～0.45 MPa,喷丝孔长径比为1～7,滤布层数为1的条件下,纺丝原液的孔口胀大比为1.089 0～1.344 8;纺丝原液的孔口胀大比随着原液温度的上升、毛细管长径比的增大和滤布层数的增加呈逐渐减小趋势,随着聚合物相对分子质量的增大和挤出压力的增加呈逐渐增大趋势;纺丝原液的孔口胀大活化能随挤出压力的增加而增大。