耐紫外辐射高表面活性芳纶纤维的研究

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芳纶纤维(KF)是现代有机高性能纤维,具备轻质、超高强度、高模量、高耐热和优良的化学稳定性,在航空航天、安全防护、电子信息、体育用品、轮胎骨架等领域扮演不可或缺的重要角色。但是,KF的化学结构决定了其存在表面活性低、耐UV性差等两大瓶颈问题,导致其在应用中存在工艺性差、性能稳定性不佳和服役可靠性低的问题。本文旨在不破坏KF原有的热力学性能的基础上,寻求一种改性方法去提高KF的表面活性和耐UV性能。本文的研究内容分为两部分,第一部分是采用气相沉积法制备了纳米尺寸的乱层氮化硼包覆氧化铈杂化体(tBN@CeO2),再利用仿生物聚多巴胺(PDA)的强黏附性改性tBN@CeO2,从而制备了双壳-核壳结构杂化UV吸收剂(PDA@tBN@CeO2),其中CeO2为核,nanoBN为第一层壳,聚多巴胺(PDA)为第二层壳;系统研究了CeO2、tBN@CeO2和PDA@tBN@CeO2的晶体结构、表面元素、耐热性、Uv-vis和光催化活性等性能,研究结果表明,成功制备了表面带有活性基团且尺寸小于100nm的纳米粒子;此外,PDA@t BN@Ce O2表面带有活性官能团羟基和氨基,初始分解温度(Tdi)高于420℃;同时,PDA@tBN@CeO2在200-400nm波长处的UV吸收性能优异,UV光催化活性较低。由此可知,所制备的PDA@tBN@CeO2可作为一种综合性能优异的有效UV屏蔽剂应用于KF改性。第二部分,先预处理KF表面,再通过化学接枝法将PDA@tBN@CeO2接枝至KF表面,构建了系列具有新颖的表面结构的新型改性纤维(T-KF)。系统研究了PDA@tBN@CeO2接枝量对T-KF纤维的结构与综合性能(表面活性、机械性能、热力学性能以及耐UV性)的影响及其机理。研究结果表明,相比于KF,T-KF的表面活性提高了14-31%,拉伸性能提高了5%-20%,其中,T-KF2的拉伸强度和断裂功分别是KF的1.14和1.21倍,综合性能最优异;经168hUV辐射后的拉伸性能的保持率维持在85-97%,提高了11-20%,UV-T-KF2的断裂功保持率是UV-T-KF的1.62倍。T-KF的优异综合性能源于PDA@tBN@CeO2与KF的界面作用。
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