芳綸Ⅲ纖維的原位改性及產物電磁學性能研究.pdf

1、隨著電子電氣、通訊及信息技術的飛速發(fā)展，具有電磁屏蔽和吸波功能的復合材料的開發(fā)應用具有重要意義。由于優(yōu)異的機械力學性能和優(yōu)良的耐高溫和耐苛刻環(huán)境性能，芳綸Ⅲ纖維有望在經電磁學性能改性后而成為一類極具競爭力的電磁功能材料。本文采用較為簡單易行的液相原位聚合法，在纖維表面原位聚合形成導電聚吡咯(Polypyrrole，PPy)和磁性粒子(如四氧化三鐵，F(xiàn)e3O4)膜層，保證芳綸Ⅲ纖維優(yōu)良力學性能同時，又賦予芳綸Ⅲ纖維電磁功能，制備出結構-電

2、磁功能一體化的復合纖維。目前主要采用對合成方法和工藝參數(shù)的調控，來調控芳綸Ⅲ纖維表面化學原位負載的功能材料膜層厚度和顆粒度均勻，使得制備的負載纖維具有優(yōu)良的電磁功能。
　　探索原位制備導電芳綸Ⅲ纖維。以三氯化鐵(FeCl3)為氧化劑，研究摻雜劑種類對芳綸Ⅲ纖維表面原位負載PPy復合纖維物化性能的影響。通過SEM分析發(fā)現(xiàn)，在未使用摻雜劑的情形下，實現(xiàn)了PPy的原位負載，但得到的復合纖維質量不佳。通過SEM和FT-IR分析發(fā)現(xiàn)，以酸(

3、鹽酸(HCl)、磷酸(PhA)、氨基磺酸(SA)、草酸(OA))和鹽(磷酸二氫鉀(MAP)、靛藍二磺酸鈉(IC))為摻雜劑在芳綸Ⅲ纖維表面實現(xiàn)PPy原位負載。摻雜劑使復合纖維表面負載的PPy膜層形貌比較均一，其中OA/PPy-F3的PPy膜層最為均勻。XRD結果表明，相比于原芳綸Ⅲ纖維，OA/PPy-F3的結晶度下降最低。對其電磁學性能分析發(fā)現(xiàn)，復合纖維的電導率相比于原芳綸Ⅲ纖維可提高14個數(shù)量級。OA/PPy-F3具有最佳的反射損耗，

4、在3.5mm厚度時，其模擬反射損耗可達-39.7 dB。
　　在擇優(yōu)選擇OA為摻雜劑時，研究單因素調控OA濃度對復合纖維物化性能的影響。SEM結果表明，隨著OA濃度的增大，制備的纖維產物的平均直徑先增后減，其中物OA-2的PPy膜層最為均勻致密;根據(jù)SEM和FT-IR結果，可以研究OA對芳綸Ⅲ表面負載PPy膜層的影響機制為:OA與FeCl3形成配位化合物[Fe(C2O4)3]3-對PPy膜層的生長有定向作用而使得在合適的濃度下形成

5、均勻PPy膜層。XRD結果表明，復合纖維結晶峰強度隨著OA濃度的增大，先下降后上升。對系列復合纖維的電磁學性能分析發(fā)現(xiàn)，系列復合纖維物的導電率隨著OA含量的增加而下降，由0.933S/cm下降到0.0094S/cm。產物厚度為3.5mm時，復合纖維產物OA-2具有最佳的反射損耗值，可達-39.7dB。
　　在擇優(yōu)選擇草酸摻雜劑濃度時，單因素研究氧化劑變化對復合纖維結構和性能的影響。SEM和XRD結果表明，隨著FeCl3濃度的增大，

6、制備的產物直徑逐漸增加，產物OX-3（即OA-2）表面負載的PPy膜層最為均勻致密;其結晶度逐漸下降。對系列復合纖維的電磁學性能分析發(fā)現(xiàn)，隨著FeCl3濃度的增大，導電率逐漸增加，系列導電率由0.0138S/cm上升到1.433S/cm。在材料厚度為3.5mm時，原位負載PPy膜層厚度適中且致密的OX-3具有最優(yōu)反射損耗，其值為-39.7dB。
　　探索芳綸Ⅲ纖維原位負載鐵氧體磁性粒子。以二氯亞鐵(FeCl2)和氫氧化鈉(NaOH

7、)為前驅體，以水熱合成法在酸性高錳酸鉀經刻蝕后的芳綸Ⅲ纖維表面(m-F)原位合成磁性納米粒子Fe3O4。SEM和FT-IR結果表明，由于酸性高錳酸鉀的刻蝕，導致m-F表面含有羥基和氨基和粗糙表面，因而Fe3O4可在m-F纖維表面的原位生長。經刻蝕后的m-F結晶度大幅度下降;隨著溫度的升高，復合纖維的結晶度逐漸下降，且Fe3O4會進一步被氧化成Fe2O3。系列復合纖維的電磁學性能結果表明，在厚度為3.5mm時，在2-7GHz范圍內，F(xiàn)e3