短切纤维改性及其对聚氨酯复合改性的研究
热塑性聚氨酯具有可重复加工性能和优异的力学性能，已经实现了广泛的应用。然而，由于其交联网络结构是物理作用产生的，在高温下的模量低、耐热变形能力差，限制了其应用。为了提高聚氨酯的热力耦合性能，本论文采用高模量的短纤维如聚酰亚胺纤维和芳纶纤维，对聚氨酯材料进行补强，以提高聚氨酯的模量和耐热形变能力。主要工作如下： （1）选用不同长度的聚酰亚胺纤维，通过熔融共混制备聚酰亚胺纤维/聚氨酯复合材料，优化了加工工艺，探究了聚酰亚胺纤维种类对复合材料性能的影响关系。通过力学性能、扫描电子显微镜（SEM）以及红外谱图（FTIR）分析结果表明，聚酰亚胺纤维与聚氨酯界面作用差，对力学性能提高不明显，因此，本部分工作对聚酰亚胺纤维进行化学改性，制备得到表面带有羧基的改性聚酰亚胺纤维，并制备了改性聚酰亚胺纤维/聚氨酯复合材料。通过SEM对聚酰亚胺的改性前后与聚氨酯形成的复合材料的表面形貌研究发现，改性后纤维与聚氨酯之间的界面作用有明显改善，添加1wt%改性聚酰亚胺纤维，聚氨酯复合材料拉伸强度由纯聚氨酯的31.9MPa提高到了37.5MPa。静态热机械分析（TMA）和动态力学性能分析（DMA）结果表明，随着聚酰亚胺纤维的引入可明显提高聚氨酯的软化温度和高温下的模量。 （2）论文第四章首先对芳纶纤维进行表面改性，在其表面引入了氨基基团，改善了芳纶纤维的表面极性，增大了纤维表面的粗糙度。制备了芳纶纤维/聚氨酯以及改性芳纶纤维/聚氨酯复合材料，通过SEM对比分析了改性前后芳纶纤维与聚氨酯之间的界面微观形貌，发现改性前后芳纶纤维均与聚氨酯有较好的界面作用。通过力学性能表征发现，加入1wt%的改性纤维时复合材料的拉伸强度为40.4MPa，较未改性芳纶纤维的补强效果更好。DMTA结果表明，120℃加入改性后的芳纶纤维复合材料的模量提升了44.7%，耐热性能有明显提升。 （3）聚氨酯在复合改性加工过程中，不可避免会由于降解导致力学性能下降，而且纤维与聚氨酯的界面作用只能靠物理作用，无法形成稳定的界面作用。因此，在论文第五章，初步探索了利用原位聚合的方式合成高性能改性芳纶纤维/聚氨酯复合材料的新思路，通过FTIR和DSC分析表明，改性芳纶纤维成功原位反应到聚氨酯结构中。当引入1wt%改性芳纶纤维时，原位聚合法制备的改性芳纶纤维/聚氨酯复合材料拉伸强度由27.9MPa提升到40.6MPa，提升了45.5%，杨氏模量由83.3MPa提升到115.9MPa，提升了39.1%。相比物理共混方法，原位聚合法对力学性能的提升更加明显，为制备高性能聚氨酯复合材料提供了新思路。
聚氨酯;复合改性;聚酰亚胺纤维;芳纶纤维;热塑性
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
王朝
2022
中文
TQ334
2022-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）