对位芳纶短切纤维对聚苯腈树脂力学性能的影响

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.03.003

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (3): 13-17.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.03.003

对位芳纶短切纤维对聚苯腈树脂力学性能的影响

周子玉(), 桑晓明, 耿旭, 肖晓红, 黄晓祥, 陈兴刚()

华北理工大学材料科学与工程学院高分子材料系，河北唐山 063210

收稿日期:2023-08-29 出版日期:2024-03-26 发布日期:2024-03-28
通讯作者: 陈兴刚（1985-），男，副教授，主要从事耐高温树脂及其复合材料的开发及应用研究，chenxg@heuu.edu.cn
E-mail:3379568392@qq.com;chenxg@heuu.edu.cn
作者简介:周子玉（2001-），女，本科，主要从事生物质聚苯腈树脂的制备及降解性能的研究，3379568392@qq.com
第一联系人：地址：北京市海淀区阜成路11号《中国塑料》杂志社广告部
邮编：100048

Effect of short⁃cut p⁃aramid fibers on mechanical properties of polyacrylonitrile resin

ZHOU Ziyu(), SANG Xiaoming, DI Xu, XIAO Xiaohong, HUANG Xiaoxiang, CHEN Xinggang()

College of Materials Science and Engineering，North China University of Science and Technology，Tangshan 063210，China

Received:2023-08-29 Online:2024-03-26 Published:2024-03-28
Contact: CHEN Xinggang E-mail:3379568392@qq.com;chenxg@heuu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

利用氯磺酸磺化对位短切芳纶纤维表面来引入—SO₂Cl基团，40 mmol/L的氯磺酸磺化改性效果最佳。利用苯基三乙氧基硅烷偶联剂对对位短切芳纶纤维进行二次改性，成功在纤维表面接枝偶联剂。将改性对位短切芳纶纤维与苯腈单体采取原位聚合方法制备聚苯腈/对位短切芳纶纤维复合材料，研究不同纤维含量对复合材料力学性能的影响。结果表明，其中纤维含量为0.5 %（质量分数，下同）时，复合材料力学性能最佳，储能模量达4 137 MPa，玻璃化转变温度达350 ℃，弯曲模量达4 467 MPa。

关键词: 短切对位芳纶纤维, 磺化改性, 聚苯腈树脂, 力学性能

Abstract:

The surface of short⁃cut p⁃aramid fibers was modified with chlorosulfonic acid to introduce —SO₂Cl groups. An optimal modification effect was achieved at a chlorosulfonic acid concentration of 40 mmol/L. The fibers were modified by using phenyltriethoxysilane as a coupling agent， and the coupling agent was successfully grafted onto the fiber surface. The polyacrylonitrile/p⁃aramid fiber composites were prepared through in⁃situ polymerization of modified p⁃aramid fiber with benzonitrile monomer. The effect of fiber content on the mechanical properties of the composites was investigated. The composite obtained optimal mechanical properties at a fiber content of 0.5 wt%， and its storage modulus， glass transition temperature， and bending modulus reached 4，137 MPa， 350 ℃， and 4，467 MPa， respectively.

Key words: chopped para?aramid fiber, sulfonated modification, phthalonitrile resin, mechanical property

中图分类号:

TQ327.9

周子玉, 桑晓明, 耿旭, 肖晓红, 黄晓祥, 陈兴刚. 对位芳纶短切纤维对聚苯腈树脂力学性能的影响[J]. 中国塑料, 2024, 38(3): 13-17.

ZHOU Ziyu, SANG Xiaoming, DI Xu, XIAO Xiaohong, HUANG Xiaoxiang, CHEN Xinggang. Effect of short⁃cut p⁃aramid fibers on mechanical properties of polyacrylonitrile resin[J]. China Plastics, 2024, 38(3): 13-17.

图/表 7

图1 马弗炉后固化程序图

Fig.1 Post curing program diagram of the muffle furnace

图2 不同浓度氯磺酸磺化处理对位芳纶短切纤维的SEM照片

Fig.2 SEM of para aramid short cut fibers treated with different concentrations of chlorosulfonic acid sulfonation

图3 不同浓度氯磺酸试剂磺化处理对位芳纶短切纤维的FTIR谱图

Fig.3 Infrared spectra of para aramid short cut fibers treated with different concentrations of chlorosulfonic acid reagent sulfonation

图4 改性对位芳纶短切纤维的FTIR谱图

Fig.4 FTIR of modified para aramid short cut fibers

图5 聚苯腈/芳纶纤维复合材料的储能模量

Fig.5 Energy storage modulus of polystyrene/aramid fiber composite material

图6 聚苯腈树脂/芳纶纤维复合材料的tanδ⁃T曲线

Fig.6 tanδ⁃T curves of polyphenylene nitrile resin/aramid fiber composite materials

图7 复合材料弯曲模量、弯曲强度与纤维含量的关系

Fig.7 Relationship between the bending modulus， bending strength， and fiber content of the composite materials

参考文献 13

1	Niu Y F， Yang Y， Wang X R. Investigation of the interphase structures and properties of carbon fiber reinforced polymer composites exposed to hydrothermal treatments using peak force quantitative nanomechanics technique ［J］. Polymer Composites， 2018， 39（S2）： E791⁃E796.
2	Ting L， Zengxiao W， Hao Z， et al. Effect of aramid nanofibers on interfacial properties of high performance fiber reinforced composites ［J］. Composite Interfaces， 2022， 29（3）： 312⁃326.
3	Abdel⁃Bary E M， El⁃Nesr E M， Helaly F M. Effect of gamma radiation⁃grafted aramid chopped fibers as the reinforcing filler in styrene⁃butadiene rubber mixtures［J］. Polymers for Advanced Technologies，1997，8（3）： 140⁃145.
4	Li M， Cheng K， Wang C， et al. Functionalize aramid fibers with polydopamine to possess UV resistance ［J］. Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials， 2021， 31（7）： 2 791⁃2 805.
5	Biswas M K， Shayed M， Hund R， et al. Surface modification of Twaron aramid fiber by the atmospheric air plasma technique ［J］. Textile Research Journal， 2013， 83（4）： 329–336.
6	Mojtaba S， Izadyar E， Rahimi T N. Improving the interfacial properties of para aramid fibers by surface treatment via plasma jet method in atmospheric pressure ［J］. The European Physical Journal Applied Physics， 2021， 93（1）. DOI：10.1051/epjap/2020200277 .
7	Wanyu L， Yue L， Shunmin Y， et al. Chemical modifications of continuous aramid fiber for wood flour/high⁃density⁃polyethylene composites with improved interfacial bonding ［J］. Polymers，2021， 13（2）： 236.
8	Bo Z， Tianze L， Xiaoming S， et al. Surface coating of aramid fiber by a graphene/aramid nanofiber hybrid material to enhance interfacial adhesion with rubber matrix［J］. Industrial & Engineering Chemistry Research， 2021， 60（6）： 2 472–2 480.
9	Groo L， Nasser J， Inman D， et al. Laser induced graphene for in situ damage sensing in aramid fiber reinforced composites［J］. Composites Science and Technology， 2021， 201（5）： 108541.
10	武敏杰，戎建鑫，李媛媛，等. 高性能聚苯腈树脂——分子结构设计研究进展［J］. 高分子材料科学与工程， 2021， 37（01）： 343⁃348.
	WU M J， RONG J X， LI Y Y， et al. High performance polystyrene resin——research progress in molecular structure design［J］. Polymer Material Science and Engineering， 2021， 37（01）： 343⁃348.
11	Chen C， Wang J， Chen X， et al. Improvement of thermal conductivities and mechanical properties for polyphthalonitrile nanocomposites via incorporating functionalized h⁃ BN fillers ［J］. High Performance Polymers， 2019， 31（3）： 294⁃303.
12	Kausar A. Progression from polyimide to polyimide composite in proton⁃exchange membrane fuel cell： a review ［J］. Polymer⁃Plastics Technology and Engineering， 2017， 56（13）： 1 375⁃1 390.
13	Brockett C L， Carbone S， Fisher J， et al. PEEK and CFR⁃PEEK as alternative bearing materials to UHMWPE in a fixed bearing total knee replacement： An experimental wear study ［J］. Wear， 2016， 374/375： 86⁃91.

[1]	陈炽盛, 杨帅, 张建军, 郭齐泰, 蔡瑗, 马素德. 提钛尾渣对聚丙烯材料力学性能的影响[J]. 中国塑料, 2024, 38(3): 26-30.
[2]	陈炽盛杨帅张建军郭齐泰蔡瑗马素德. 提钛尾渣对聚丙烯材料力学性能的影响[J]. , 2024, 38(3): 26-30.
[3]	周子玉桑晓明耿旭肖晓红黄晓祥陈兴刚. 对位芳纶短切纤维对聚苯腈树脂力学性能的影响[J]. , 2024, 38(3): 13-17.
[4]	赵川涛, 贾志欣, 刘立君, 李继强, 张臣臣, 荣迪, 高利珍, 王少峰. 环氧树脂/碳纤维复合材料模压制品力学性能影响因素分析[J]. 中国塑料, 2024, 38(2): 26-32.
[5]	戚士界, 游翔宇, 王瑞晨, 周琳菲, 张慧洁. 高木质素含量聚乳酸共混材料的制备及其性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(2): 45-51.
[6]	谭晶, 王智, 王朔, 付宏岩, 李长金, 李好义, 杨卫民, 张杨. 树枝状聚合物对聚乳酸熔体微分电纺纤维膜的增韧改性研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(2): 7-13.
[7]	马秀清, 劳志超, 李明谦, 韩顺涛, 胡楠. 3D打印工艺参数对PLA/PTW共混物力学性能影响的研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(2): 70-75.
[8]	曾媛, 李亮, 刘威, 马晶晶, 刘让同. 海藻酸钠/聚丙烯酰胺复合水凝胶的壳聚糖增韧[J]. 中国塑料, 2024, 38(1): 42-48.
[9]	陈晖, 孙玲胜, 钱伟栋, 谭博. 选择性激光烧结聚醚砜树脂/碳纤维/炭黑复合材料的性能研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(9): 14-18.
[10]	梅园, 李振, 徐禄波, 麻一明. 再生PCTG增韧改性再生PET的性能研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(9): 39-43.
[11]	邓卫娟, 王桥, 胡伟, 杨帆, 惠湛. 缓黏结预应力钢绞线用胶黏剂配方试验研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(9): 51-56.
[12]	李红波, 杨睿, 苏正涛. 不同硬质增强填料对PTFE性能的影响[J]. 中国塑料, 2023, 37(8): 13-19.
[13]	杜乐, 胡娅洁, 胡健, 孙滔, 云雪艳, 董同力嘎. UV固化制备聚（L⁃乳酸）/壳聚糖薄膜及其热学、力学及抑菌性能研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(8): 38-44.
[14]	陈豪吴志强姜启运沈春晖高山俊. 聚乳酸/聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯共混发泡材料的制备及性能研究[J]. , 2023, 37(7): 1-8.
[15]	廉萌童发钦赵飞刘军杨永启郑凤. 玻璃粉复合聚酰亚胺薄膜的制备及性能研究[J]. , 2023, 37(7): 47-52.

对位芳纶短切纤维对聚苯腈树脂力学性能的影响

Effect of short⁃cut p⁃aramid fibers on mechanical properties of polyacrylonitrile resin

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 7

参考文献 13

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价