[发明专利]PPTA低聚物化学修饰的氨基碳纳米管在对位芳纶纤维增强中的应用

说明书

本发明属于合成纤维技术领域，尤其涉及一种PPTA低聚物化学修饰的氨基碳纳米管在对位芳纶纤维增强中的应用。对位芳纶纤维具有与碳纳米管相似的结构，芳纶纤维的芳香结构中，苯环上六个碳原子以sp2杂化的形式形成一个芳香共轭体系，因此能与碳纳米管形成π‑π共轭体系，从而增强碳纳米管的分散性，并增强界面作用，从而增强其分散性与稳定性。本发明中，经修饰的氨基碳纳米管与经超声溶胀的芳纶纤维通过物理镶嵌的方式进行结合，进而辅助增强对位芳纶纤维的性能，界面剪切强度、拉伸强度和弹性模量有显著的提高。

技术领域

本发明属于合成纤维技术领域，尤其涉及一种PPTA低聚物化学修饰的氨基碳纳米管在对位芳纶纤维增强中的应用。

背景技术

对位芳纶纤维是美国杜邦公司研制出的一种新型芳纶纤维，它具有超高强度、耐高温耐酸耐碱、重量轻等优良性能。因为其具有独特的力学性能，具有与碳纳米管相似的结构，便出现了其与碳纳米管合成复合材料的研究。

碳纳米管作为一种具有超强的力学性能、极高的长径比、高热稳定性、以及独特的一维纳米结构所特有的纳米效应的新型功能材料，受到越来越多的关注。近期有报道公开了将碳纳米管与对位芳纶纤维通过物理混合制成复合材料的方法，该方法中，对位芳纶纤维在氮甲基吡咯烷酮中进行溶胀处理，虽然混合简单，但缺点在于：碳纳米管由于本身结构的特点，表面具有较大表面能，致使碳纳米管之间有较强的物理范德华力，使碳纳米管容易发生相互作用而聚集在一起形成聚集体，这些聚集体在复合材料中作为缺陷部位，可能导致材料之间的滑移，降低材料性能。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种PPTA低聚物化学修饰的氨基碳纳米管在对位芳纶纤维增强中的应用。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种PPTA低聚物化学修饰的氨基碳纳米管在对位芳纶纤维增强中的应用。

进一步，具体方法如下：

(1)将PPTA低聚物化学修饰的氨基碳纳米管溶于氮甲基吡咯烷酮溶剂中，超声分散2h，使溶液中PPTA低聚物化学修饰的氨基碳纳米管的浓度为0.1mg/mL-1.0mg/mL；

(2)将对位芳纶纤维浸入步骤(1)的混合溶液中，在10-50℃条件下超声溶胀20-60min；

(3)取出步骤(2)经超声处理后的对位芳纶纤维，放入真空干燥箱中悬空干燥，在60℃条件下干燥7天，得到改性后的对位芳纶纤维。

更进一步，所述的对位芳纶纤维为Kevlar-129、Kevlar-49、Kevlar-29、帝人Twaron或泰普龙529R。

更进一步，所得改性后的对位芳纶纤维Kevlar-129的最优力学性能弹性模量为813.08±15.04MPa，与原丝比增加28.57％；载荷为222.54±5.72N，比原丝增加19.62％；拉伸应变为2.55±0.33％，比原丝增加11.70％；环氧树脂单丝拉伸测得界面剪切强度为14.86±1.15MPa，比原丝增加19.54％。

所得改性后的对位芳纶纤维Kevlar-49的最优力学性能弹性模量为1298.53±34.34MPa，与原丝比增加15.07％；载荷为569.50±18.17N，比原丝增加4.41％；拉伸应变为3.28±0.20％，比原丝增加25.48％；与环氧树脂单丝拉伸测得界面剪切强度为17.04±1.18MPa，比原丝增加37.09％。

所得改性后的对位芳纶纤维Kevlar-29的最优力学性能弹性模量为714.98±18.36MPa，比原丝增加15.28％；载荷为202.55±2.36N，比原丝增加2.89％；拉伸应变为3.51±0.19％，比原丝增加15.32％；与环氧树脂单丝拉伸测得界面剪切强度为15.26±1.06MPa，比原丝增加15.32％。