芳纶表面改性及其与橡胶复合体系的结构和性能研究

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1、摘要摘要芳香族聚酸胺纤维(简称芳纶)兼有无机纤维的机械性能和有机纤维的加工性能，同时具有高强、高模、低蠕变、低密度、优异的热稳定性和耐疲劳性等特点，是橡胶基复合材料理想的骨架材料，可用于轮胎、高压软管、三角带、胶布制品、密封垫等橡胶复合材料工业制品中。但由于芳香族聚酞胺纤维独特的分子结构，表面具有惰性，其粘合性能很差，限制了芳纶的应用。因此，开展芳纶表面改性及其粘合性能的研究是推广芳纶应用的重要途径。本论文采用等离子体技术，通过空气、氮气、氧气低温等离子体对芳纶表面进行活化处理，并结合常规浸渍技术，改变了芳纶的表面结构和性能，显著提高

2、了芳纶与橡胶的粘合性能、老化性能和动态性能，为芳纶在橡胶领域的应用开辟了一条新的技术路线。本论文研究了空气、氮气、氧气的低温等离子体处理对芳纶表面性质、芳纶/橡胶粘合的界面结构以及芳纶/橡胶粘合性能的影响。研究结果表明，一定条件的等离子体处理对芳纶强度影响很小，因而适当的等离子体处理不会影响芳纶的使用强度，芳纶表面经一定条件的等离子体处理，其表面形态和表面性质发生明显变化，芳纶表面碳元素含量下降，氧元素的含量随着处理时间的增加却出现大幅度上升，-C-OH。-C=0、-C00-、-COON等含量发生明显的变化;随着空气等离子体处理功率的

3、增加，芳纶纤维的晶体结构并未改变，但芳纶表面的结晶度发生明显的变化。此外，表面粗糙度的增加、表面浸润性的改善，这些均有利于芳纶与橡胶的粘合。等离子体处理可在一定程度上提高芳纶与橡胶直接粘合性能，但结合浸胶处理后芳纶与橡胶的粘合性能提高更加明显。在研究范围内，最高H抽出力可达232.2N/cm。抽出曲线特征值分析还显示，此时芳纶与橡胶的粘合体系具有良好的抗疲劳容限和抵御剪切应力的能力。芳纶/橡胶界面分析发现，未浸胶芳纶帘线与橡胶基体间界面清晰，H抽出时发生界面破坏，表面附胶少，芳纶纤维未见任何破坏迹象。等离子体处理结合浸胶后，H抽出时粘

4、合体系的破坏由橡胶基体逐步向增强材料发展，多为混合型破坏。DMA分析还显示，芳纶/橡胶复合材料产生了一个新峰，说明芳纶与橡胶间形成了一个模量介于基体橡胶和增强材料芳纶之间的界面过渡层，橡胶基体能有效地通过界面过渡层向芳纶纤维表面传递应力。动态性能测试结果表明，芳纶/橡胶粘合体系在变温条件下，具有良好的抵御环境温度对粘合界面以及粘合性能的影响的能力，有良好的耐热空气老化、耐华南理工大学博士学位论文湿热老化和耐疲劳性能;复合体系的疲劳温升测试结果还显示，芳纶/橡胶粘合体系有较低的表面疲劳温升，说明芳纶与橡胶间形成的界面不仅有良好的传递应力

5、的能力，而且也具有较好的热传递能力.芳纶作为轮胎的骨架材料，己成为当前高性能轮胎发展的必然趋势。研究和发展芳纶与橡胶粘合的理论和工程问题，对于开发新一代高性能轮胎、节省能源、保护环境有着重要而积极的意义。关键词:芳纶帘线，橡胶，芳纶/橡胶复合材料，低温等离子体，表面改性，表面性质，界面结构，粘合性能ABSTRACTABSTRACTAramidfiberhasthemechanicalpropertiesofinorganicfibersandtheprocessingpropertiesoforganicfibers.Italsopo

6、ssesseshighstrength,highmodulus,lowcreep,lowdensity,excellentthermalstabilityandanti-fatiguecharacteristic.Itisanidealreinforcementmaterialforrubber-basedcomposites.Itcanbeusedformanyrubberproductssuchasadvancedtirecord,high-pressurehose,trianglebelt,rubberandcanvasarti

7、cle,sealgasketandsoon.AsAramidfiberbelongstoaromaticpolyamidefiber,itssurfaceisinertialduetoitsuniquemolecularstructure,itsbondingstrengthtoothermaterialsislow,soitsapplicationwaslimited.Thus,promotingtheresearchonsurfacemodificationofAramidfiberanditsadhesivepropertyis

8、animportantapproachtospreadAramidapplications.Inthisdissertation,thelowtemperatureplasmatechnologyunderair,Nit