芳纶纤维的发展现状及应用

总结了芳纶纤维的性能、改性研究、染色印花性能研究发展现状,以及芳纶纤维在金属化、体育运动、柔性防刺防弹材料、航空航天材料等的应用及研究情况。

沉析纤维长度对间位芳纶纸性能的影响

本研究采用槽式打浆机得到不同长度的间位芳纶沉析纤维(简称沉析纤维),与间位芳纶短切纤维混合,通过湿法成形工艺制备间位芳纶配抄纸(简称配抄纸),并探究沉析纤维长度对配抄纸性能的影响。结果表明,随着沉析纤维长度的降低,配抄纸的透气度先下降后上升,抗张强度、断裂伸长率及电气强度则先上升后下降。当沉析纤维长度为0.9 mm时,配抄纸的各项性能最佳:透气度为2.59μm/(Pa·s),抗张强度为863 N/m,断裂伸长率为2.54%,电气强度为6.82 kV/mm。

短切纤维特性对间位芳纶纸电气绝缘性能的影响

本文研究了短切纤维特性对间位芳纶纸击穿强度、电导率、陷阱特性和力学相关性能的影响。结果表明,在参照样品(直径为25μm、长度为6 mm、结晶温度为300℃、沉析纤维与短切纤维的配比为7∶3)的基础上,纤维直径增加至45μm会降低沉析对短切纤维的包覆程度,诱发界面孔隙,芳纶纸的击穿强度和拉伸强度降幅可达16%和24%;纤维长度增加至18 mm,会造成短切纤维翘曲并形成“硬质”界面,击穿强度降幅可达63%,拉伸强度则无明显变化;结晶温度降低至230℃,会降低短切纤维结构稳定性,导致其热压熔融,击穿强度和拉伸强度降幅可达36%和50%;当短切纤维配比增加时,芳纶纸的击穿强度随致密度呈先升后降趋势,拉伸强度则随短切纤维含量的增加单调递增,体现了短切纤维对芳纶纸稳定成型的必要性和过量短切纤维对绝缘的削弱作用。此外,低击穿强度芳纶纸会呈现电导率提高和电荷陷阱浅化的现象,可作为芳纶纸绝缘性能判别的参考指标。

Synthesis and Characterization of Easily Colored Meta-aramid Copolymer Containing Ether Bonds

This work described the preparation of easily colored meta-aramid(PMIA) copolymers from m-phenylenediamine(MPD),isophthaloyl dichloride(IPC), and 3,4′-oxydianiline(3,4′-ODA) via solution polycondensation in N,N-dimethylacetamide(DMAc). The novel co-PMIAs were obtained in relatively high inherent viscosities ranging from 1.32 dL/g to 2.53 dL/g, which could be easily cast into flexible films with high transparence or spun into fibers. All the newly synthesized copolymers possessed excellent thermal stabilities even better than that of commercial PMIA, with 5% weight loss temperatures higher than 430 °C in nitrogen measured by TGA and glass transition temperature of 267–277 °C measured by DSC. The cast films exhibited good mechanical properties with a tensile strength up to107 MPa and a tensile modulus up to 2.2 GPa. The resultant PMIAs also showed good solubility and better dye ability for cationic dyes.

极性溶剂预处理对间位芳纶染色性能和机械性能的影响

为提升间位芳纶的可染性,采用极性有机溶剂对间位芳纶进行预处理,使用分散染料进行染色,对预处理及染色工艺条件进行优化,研究极性溶剂预处理对间位芳纶织物染色性能及机械性能的影响。结果表明:最佳的预处理工艺为使用DMSO在55℃时处理30 min,按此条件所得间位芳纶织物的断裂强力为950 N,断裂伸长率为36%,织物收缩率小于10%;最佳的染色工艺为使用偶氮型分散染料在80℃时染色60 min,此时,染料上染率达到80.9%~97.6%,染色织物耐皂洗、耐摩擦和耐升华等色牢度可以达到4级以上。使用极性溶剂在较低温预处理可有效提升间位芳纶的可染性,并显著降低机械性能损伤。

蒽醌系还原染料不同母液条件对间位芳纶纱线的染色对比

为了提高还原染料母液稳定性及对间位芳纶染色后的耐日晒性,选用耐日晒性较好的蒽醌系还原染料红F3B、黄FG、蓝ER,以二氧化硫脲作为还原剂并采用干缸还原法配制隐色体母液技术对间位芳纶纱线染色。通过二氧化硫脲用量、氢氧化钠用量、染料用量、母液的还原温度及保温时间,研究母液稳定性对间位芳纶纱线染色效果及性能的影响。结果表明:所选3只染料用量均为20 g/L,氢氧化钠用量为20 g/L,还原温度为50℃时加入15 g/L的二氧化硫脲并保温8 min,母液的还原效果最佳。在染液3%(omf)时,采用红F3B染色样的K/S值为3.80;采用黄FG染色样的K/S值为5.37;采用蓝ER染色样的K/S值为4.91;其耐日晒色牢度及耐摩擦色牢度均大于等于3级,同时力学性能无显著变化。

间位芳纶纸基复合材料在高温环境下力学性能研究

本研究分析了浸渍酚醛树脂对芳纶纸力学性能的影响,研究了间位芳纶纸及格壁材料在25~280℃范围内7个不同温度点下的力学性能,并通过格壁材料力学性能参数,预测间位芳纶纸蜂窝芯材的高温力学性能。结果表明,在常温下,酚醛树脂引入后,格壁材料拉伸模量和强度相较于间位芳纶纸分别高出1.2和1.4倍。间位芳纶纸及格壁材料均表现出优异的耐高温性能,在225℃时,相较于常温,间位芳纶纸拉伸强度与模量保持率分别为62.7%和77.1%,格壁材料拉伸强度与模量保持率分别为62.0%和69.0%;在280℃时,间位芳纶纸及格壁材料拉伸强度保持率仍有44.1%。高温下间位芳纶纸及格壁材料拉伸断口处纤维拔出较少,多为纤维断裂破坏模式。本研究提出用纸张关键性能参数预测间位芳纶纸蜂窝芯材在高温环境下力学性能,预测值与实测值数据吻合较好;常温下,间位芳纶纸蜂窝芯材异面稳定压缩模量实测值与理论值偏差7.7%,与仿真值偏差1.8%;在175℃时,间位芳纶纸蜂窝芯材理论模型W向剪切模量实测值与理论值、仿真值偏差分别为12.5%和3.9%。

芳纶树脂液浸渍协同冷压光制备高强度间位芳纶纸的研究

本研究提出了一种采用同质同源的芳纶树脂液浸渍协同冷压光制备间位芳纶纸的新工艺,芳纶树脂液中的强极性分子使间位芳纶纤维发生部分润胀和溶解。同时,形成的再生芳纶聚合物可以填充孔隙,且在压力作用下,纤维接触面积显著增加,产生更多氢键结合,纸张结构致密性和物理性能得到进一步提升。结合响应面法,以干燥时间、干燥温度和冷压光压力为自变量,以拉伸强度和击穿强度为响应值,对工艺参数进行优化。结果表明,干燥时间2.1 min、干燥温度79.8℃、冷压光压力17.27 MPa的最优条件下制备的间位芳纶纸,其拉伸强度、杨氏模量和击穿强度分别为36.93 MPa、887.13 MPa和16.42 kV/mm,与热压工艺制得的间位芳纶纸相比,分别提高了119%、127%和4%。

硅烷偶联剂种类对纳米TiO_(2)/间位芳纶复合绝缘纸电气性能的影响

为了进一步提高间位芳纶纸的绝缘性能,分别采用KH550、KH560、KH580、KH151硅烷偶联剂对纳米TiO_(2)进行处理,制得了纳米TiO_(2)/间位芳纶复合绝缘纸。主要研究了偶联剂种类对复合绝缘纸电气性能的影响,包括电气强度、体积电导率、电荷陷阱特性等,此外还探究了复合绝缘纸热学和力学性能的变化。对不同硅烷偶联剂接枝的TiO_(2)/间位芳纶界面进行了分子动力学模拟,从界面结合能和均方位移参数方面阐述了硅烷偶联剂对填料-基体界面的改善作用。结果表明:以电气绝缘性能为最主要的指标,硅烷偶联剂对复合绝缘纸改性效果从高到低依次为KH550、KH151、KH560、KH580;合适种类的硅烷偶联剂可有效改善纳米填料在基体中的分散性,提高复合绝缘纸的击穿电压和体积电阻率,并对芳纶纤维的耐温性和机械强度有一定的增强作用。

热老化对间位芳纶纸微观结构与电气性能的影响

针对某国产间位芳纶绝缘纸,自主搭建实验平台开展热老化特性评价,分别在105℃、155℃和180℃下开展周期为30 d的热老化实验,研究热老化过程中纸样化学结构、微观形貌以及电气性能的变化,并基于等温表面电位衰减法对比不同热老化阶段试样的表面陷阱分布特性,对不同老化温度下试样的聚合度和电气强度进行拟合。结果表明:热老化宏观上对间位芳纶纸的表面、截面均有破坏作用,整体引起聚合度的下降;微观上对间位芳纶纸分子结构中的酰胺键、C-N键和C=O键都有较大的破坏作用。热老化造成间位芳纶纸的体积电导率上升,电气强度下降。热老化过程中间位芳纶纸会短暂性地出现浅陷阱,随后消失,且温度越高,浅陷阱出现的时间越早,这对于间位芳纶纸热老化阶段的定量判断具有较大意义。

工频正弦和重复方波电压下间位芳纶局部放电起始电压测试

正弦及重复方波下局部放电起始电压(partial discharge inception voltage,PDIV)测量是评估工作在脉宽调制下变频电机绝缘性能的关键技术,两种电压下PDIV对比研究值得关注。因此,在相同频率正弦和重复方波电压下,该文对新能源汽车变频电机主绝缘关键材料间位芳纶PDIV进行对比实验研究。采用统计法发现球板电极结构PDIV测试中引发流注放电的初始电子主要来源及间位芳纶首次放电的分布规律。研究表明:间位芳纶PDIV取决于电压峰峰值,采用正弦或者过冲较小的重复方波测试,可获得较为保守的PDIV;重复方波电压下,局部放电能量集中在0.2~1.4GHz频段,受电荷弛豫及测试设备影响,测试频率不宜过高。结果可为脉宽调制电压下间位芳纶PDIV测试提供一定参考。

间位芳纶筒子纱的还原染料浅色染色

间位芳纶筒子纱使用分散及阳离子染料染浅色时,普遍存在耐日晒色牢度及耐水洗色牢度差的问题。试验采用还原染料对间位芳纶筒子纱进行染色,发现染色织物耐日晒色牢度、耐皂洗色牢度和耐摩擦色牢度均符合色织物的标准,且染色后的间位芳纶筒子纱线热学及力学性能稳定。

亚微米尺寸、高结晶度石墨烯增强间位芳纶纤维力学性能

芳纶纤维具有优异的综合性能,在各种工业应用中备受青睐。其中,间位芳纶纤维,也称聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)纤维,兼具阻燃、耐高温、电隔离和高化学稳定性。其织物材料广泛应用于防火、防热等行业。然而,由于分子链中酰胺和苯环键之间缺乏偶联,内旋能低,导致PMIA纤维链段柔软、结晶度低,展现出较低的机械强度。因此,迫切需要改善这些纤维的机械特性,以扩大其应用范围。纳米复合材料的可以赋予基体材料许多独特特性。其中,石墨烯纳米复合材料占据突出地位。石墨烯面内的苯环结构使其可以有效增强芳香族和脂肪族类聚合物材料。此外,与大尺寸的石墨烯相比,小尺寸的石墨烯在聚合物基体中表现出更好的分散性,可在纤维类聚合物材料中展现出更明显的增强效应。因此,使用高品质、小尺寸的石墨烯是增强聚合物基体的有效手段。我们的研究展示了亚微米尺寸的石墨烯如何改善PMIA纤维的结构完整性和增加机械强度。结果显示,与未改性的PMIA纤维相比,拉伸强度显著提高46%。鉴于该方法的有效性,可以采用此种“小尺寸、高品质”的石墨烯来开发更强韧且更具商用价值的碳基纳米复合纤维。

静电纺芳纶纳米纤维膜的制备及其过滤性能

为获得高效低阻的过滤材料,以间位芳纶为原料,采用静电纺丝的方法,通过对纺丝溶液和纺丝工艺的优化制备芳纶纳米纤维空气过滤材料,并研究纳米纤维的形貌和直径、纳米纤维膜的过滤性能和热稳定性能。结果表明:当纺丝溶液溶质的质量浓度为8%、纺丝电压20 kV、进液流量0.3 mL/h、接收距离15 cm时,可制备得到纤维平均直径约为50 nm的纳米芳纶纤维过滤材料;当纺丝时间为5 h时,其过滤效率可达到99.5%,阻力仅为123.8 Pa,去除静电处理后过滤效率依然可以达到89.4%。此外,制备的芳纶纳米纤维过滤材料具有优良的热稳定性和尺寸稳定性,在耐高温高效过滤领域具有应用前景。

易染间位芳纶的制备及其性能

为提升间位芳纶的染色效果,从分子结构改性出发,引入易染基团。采用溶液聚合法在聚合反应过程中加入4,4′-二氨基二苯砜(DDS),在聚间苯二甲酰间苯二胺分子结构中引入砜基,通过调整DDS的加入量调控聚合物分子结构中砜基的含量,采用湿法纺丝工艺制备改性间位芳纶。测试了改性间位芳纶及其织物的染色性能、力学性能、阻燃性能和色牢度。结果表明:随着DDS引入量的增加,改性间位芳纶的染色性能得到明显提升,当间苯二胺与DDS的量比为7∶3时,采用阳离子红染色后改性间位芳纶的K/S值为3.82,比常规间位芳纶提高1.39;采用阳离子蓝染色后改性间位芳纶的K/S值为5.83,比常规间位芳纶提高2.74,采用分散蓝、分散红对纤维染色也具有较好的染色效果。此外,改性间位芳纶织物保持良好的力学性能,其断裂强度为3.65 cN/dtex,断裂伸长率为35.21%;与常规间位芳纶织物相比,改性间位芳纶织物的力学性能和阻燃性能无明显变化,耐干湿摩色牢度和耐日晒色牢度提升1级。

混纺面料中芳纶的鉴别现状分析

收集了全球范围内有代表性的厂家和品牌的间位芳纶、对位芳纶,分析其性能差异,便于混纺面料中对两者的鉴别。通过大量试验发现,间位芳纶和对位芳纶在常温浓硫酸中的状态、表面原纤化现象以及拉伸曲线等三个方面有比较大的区别。通过上述区别,可以比较快捷地将间位芳纶和对位芳纶鉴别出来。

等离子体处理对间位芳纶织物拒水性能的影响

通过常压氩气介质阻挡放电等离子体处理对间位芳纶织物拒水改性进行探讨。结果表明,经等离子处理后的芳纶纤维化学组成没有明显变化,纤维表面粗糙程度增加。先进行等离子体处理后拒水整理的织物,拒水性能随处理时间增加而增强,在120s时最为显著,接触角增大,拒水等级达到4级;对于先进行拒水整理后进行等离子体处理的间位芳纶织物,其拒水性能随处理时间增加而降低,在120s时,接触角变小,拒水等级为2级。

纳米氮化铝改性对芳纶1313绝缘纸介电特性的影响

聚合物纳米复合材料因其优良的介电性能在电介质绝缘领域得到了广泛的应用。为获得性能优良的绝缘纸,将纳米氮化铝(AlN)添加到芳纶1313中。将改性后的绝缘纸进行浸油处理,研究了AlN对油浸芳纶1313介电性能的影响。结果表明:纳米Al N能有效降低绝缘纸的电导电流,以及提升其交流击穿电场强度;同时Al N能够抑制空间电荷向介质内的注入、迁移和积聚,使绝缘纸内空间电荷分布更加均匀。另外聚合物纳米材料的界面特性使得改性后绝缘纸的相对介电常数和介电损耗值有所升高,介损松弛峰值也向低频段移动。芳纶1313/Al N油浸绝缘纸介电性能的变化归因于纳米粒子与聚合物之间的界面效应使界面区域陷阱浓度和深度增大,限制了电荷的运动。

芳纶1313纤维制备技术进展

在 4 1篇参考文献的基础上 ,综述了耐高温芳纶 1313纤维的制备技术、改性及进展 ,比较了几种纺丝方法的优缺点 ,提出了适合我国国情的芳纶

改性间位芳香族聚酰胺的合成及热性能研究

采用低温溶液法共缩聚反应合成了对苯二甲酰氯（TPC）摩尔分数为0.05～0.15的改性间位芳香族聚酰胺（PMIA）共聚物.用1H-NMR对改性共聚物进行分析,讨论了TPC的含量对共聚物比浓对数粘度的影响,对改性聚合物进行了热失重分析,并用红外光谱跟踪法探讨了共聚物的热降解过程,并和纯的PMIA进行比较.实验结果表明：用TPC改性PMIA具有更好的耐热性,而且随着TPC含量的增加,耐热性更好.