要想充分發(fā)揮芳綸的力學(xué)性能，就要進(jìn)行表面改性處理

  　芳綸纖維是由美國(guó)杜邦公司先研制的一種由剛性分子鏈形成的高結(jié)晶度、高取向度材料，具有相對(duì)密 度小、耐疲勞、耐剪切等一系列優(yōu)異性能，在橡膠工業(yè)等領(lǐng)域廣泛用于芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。復(fù)合材料的性能與基體相、增強(qiáng)相及兩相界面結(jié)合狀況均有關(guān)，良好的界面結(jié)合可使復(fù)合材料更好地發(fā)揮力學(xué)性能。芳綸具有剛性分子結(jié)構(gòu)，分子對(duì)稱性高，橫向分子間作用力弱，分子間氫鍵弱，橫向強(qiáng)度低使得在壓縮及剪切 力作用下容易產(chǎn)生斷裂；由于具有較高的結(jié)晶度，使得纖維表面光滑、無(wú)反應(yīng)活性，導(dǎo)致其與大多數(shù)基體之 間的界面粘附性很差，因此，要改善芳綸纖維與復(fù)合材料的界面結(jié)合情況，充分發(fā)揮芳綸優(yōu)異的力學(xué)性能，就要對(duì)芳綸表面進(jìn)行改性處理。

芳綸短纖維的表面改性方法：

　　芳綸的表面改性可以通過(guò)等離子體、超聲波等物理技術(shù)或硝化/還原、氯磺化等化學(xué)方法，在纖維表面 引入羥基、羰基等極性或活性基團(tuán)，與基體間形成反應(yīng)性共價(jià)鍵結(jié)合，從而提高纖維與基體間的粘合強(qiáng)度。

1.共縮聚改性

　　通過(guò)在芳綸分子鏈中引入具有不同結(jié)構(gòu)的第三單體，在基本保持原有優(yōu)良性能的前提下，改善芳綸纖維 的溶解性、耐疲勞性等性能。

　　Bernhard等采用取代對(duì)苯二胺和二氯對(duì)苯二酰共縮聚反應(yīng)，制備不同的剛性棒狀芳香族聚酰胺，其主要 晶體結(jié)構(gòu)與對(duì)位芳綸類似，不同的是，在熱處理中不會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，苯環(huán)取代的空間位阻和電子效應(yīng)導(dǎo)致 纖維固態(tài)結(jié)構(gòu)不同。

　　2.利用化學(xué)反應(yīng)，在纖維表面引入活性基團(tuán)，使纖維與基體復(fù)合時(shí)產(chǎn)生化學(xué)作用，形成更多的化學(xué)鍵，增加材料界面相容性。主要采用偶聯(lián)劑改性、表面刻蝕和表面接枝等方法。

　?。?）偶聯(lián)劑改性：偶聯(lián)劑在化學(xué)結(jié)構(gòu)上具有雙官能團(tuán)，在復(fù)合材料中起“橋梁作用”，一端與纖維表 面反應(yīng)，另一端與基體反應(yīng)，從而增加界面的相容性。陳曄等采用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)芳綸進(jìn)行表面處理，使纖維 與橡膠基體間形成偶聯(lián)劑橋聯(lián)和纏結(jié)，獲得較好的界面過(guò)渡區(qū)，改善了界面結(jié)構(gòu)，消除了應(yīng)力突變，使復(fù)合 材料的橫向抗拉強(qiáng)度明顯提高，耐高溫性有所增加。

　?。?）表面刻蝕法：刻蝕改性技術(shù)是通過(guò)化學(xué)或物理的技術(shù)處理芳綸，使其表面層的形貌、結(jié)構(gòu)、極性 產(chǎn)生變化，有利于復(fù)合材料基體樹(shù)脂的浸潤(rùn)和粘合，從而提高界面的粘合強(qiáng)度。

　　人們常用酰氯類(甲基丙烯酰氯等)、酸堿類(乙酸酐等)等化學(xué)刻蝕劑來(lái)處理芳綸/環(huán)氧等復(fù)合材料。這 樣既可以侵蝕芳綸的表面結(jié)構(gòu)，形成粗糙表面，增加了基體樹(shù)脂對(duì)芳綸表面的粘合力；也可以通過(guò)水解反應(yīng) 在芳綸表面形成極性基團(tuán)如-COOH、-OH等，促使纖維與基體間能形成共價(jià)鍵，提高了樹(shù)脂基體對(duì)芳綸表面的 潤(rùn)濕性。

　　Penn等采用硝酸或硝酸銨對(duì)Kevlar-29進(jìn)行硝化處理在苯環(huán)上引入硝基，再將硝基還原成胺基。改性后 的表面形貌和表面能并未發(fā)生變化，但硝化后Kevlar-29/環(huán)氧復(fù)合材料的界面抗剪切強(qiáng)度則有了很大的提高 。

　?。?）表面接枝法：苯環(huán)上的接枝反應(yīng)主要有兩種：一種是硝化還原反應(yīng)引入氨基，另一種則是利用氯 磺化反應(yīng)引入氯磺酸基團(tuán)，以便進(jìn)一步引入活性基團(tuán)。采用氯磺酸處理Kevlar，即先在纖維表面引入氯磺基 ，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為引入羥基、羧基、胺基等活性基團(tuán)。

　　袁海根等先用二氯乙烷、無(wú)水乙醇等清洗Kevlar29，然后再用二甲基亞硫酰鈉(SMSC)的二甲基亞砜 (DMS0)溶液處理，最后再把已NaA+化的纖維分別放入氯丙烯和環(huán)氧氯丙烷中反應(yīng)10min即可。這樣就在 Kevlar29纖維表面接枝上

　　CH2=CH-R-基團(tuán)結(jié)構(gòu)，表層部分分子上的二級(jí)酰胺上氫原子已被烯丙基所取代。實(shí)驗(yàn)測(cè)得其拔出力和界 面剪切強(qiáng)度有所提高，且界面剪切強(qiáng)度提高明顯。

　　通過(guò)濺射作用，使纖維表面變得更為粗糙，纖維的接觸面積增大，從而增加纖維與聚合物基體間的摩擦 力，提高界面間粘附性。