Применение параарамида сталкивается с тремя основными проблемами: слабая стойкость к УФ-излучению, низкая прочность на осевое сжатие и слабая адгезия к смоле. Эти недостатки ограничивают применение параарамида в композитных материалах и других областях.
Применение параарамида сталкивается с тремя основными проблемами: слабая стойкость к УФ-излучению, низкая прочность на осевое сжатие и слабая адгезия к смоле. Эти недостатки ограничивают применение параарамида в композитных материалах и других областях.
Область применения параарамида определяет неизбежность его длительного использования на открытом воздухе, поэтому очень важно улучшить его устойчивость к УФ-излучению. Низкая устойчивость арамида к УФ-излучению обусловлена наличием в структуре большого количества бензольных колец и карбонильных групп. Эта сопряженная структура поглощает энергию УФ-излучения и приводит к разрыву амидной связи. Существует множество исследований по улучшению устойчивости арамида к УФ-излучению. Распространенные методы включают покрытие поверхности волокна, прививку поглотителей УФ-излучения или агентов, экранирующих УФ-излучение, и т. д. Например, на поверхность волокна вводят TiO2 и ZnO. Принцип заключается в рассеивании УФ-лучей через TiO2 или ZnO, тем самым уменьшая поглощение УФ-лучей телом волокна. Исследования показали, что после 168 часов УФ-облучения волокно кевлара с привитым на поверхность нано-TiO2 все еще может сохранять 90% своей прочности на разрыв, в то время как необработанное волокно кевлара может сохранять только 75% своей прочности на разрыв после того же облучения.
Другим недостатком параарамида как композитного армирования является его низкая осевая прочность на сжатие. Прочность на сжатие арамида обычно составляет 200~400 МПа, что составляет менее 1/10 его прочности на растяжение и намного ниже прочности на сжатие углеродного волокна (>1,0 ГПа), что ограничивает его применение в композитных материалах и других областях. Многие ученые провели множество исследований по улучшению осевой прочности на сжатие арамида, таких как термообработка выше 400 °C для сшивания волокон. Хотя прочность на сжатие волокон увеличилась более чем в 2,5 раза после термообработки, его прочность на растяжение значительно снизилась, что указывает на то, что макромолекулярная цепь сопровождалась определенной степенью деградации в процессе термообработки. Некоторые исследователи также напрямую вводили сшиваемые группы в макромолекулярную цепь посредством сополимеризации. Тао Цзян и др. Введена структура бензоциклобутен (XTA), которая может быть сшита при высокой температуре в макромолекулярную цепь PPTA посредством сополимеризации. Выше 320 °C структура бензоциклобутен начала сшиваться, и степень сшивания постепенно увеличивалась с увеличением температуры и времени термообработки. После обработки волокна PPTA-co-XTA при 330 °C в течение 10 с внутри волокна все еще присутствовало большое количество микрофибриллированных структур; однако после обработки при 410 °C в течение 120 с поперечное сечение волокна было плоским и гладким, и микрофибриллированная структура не была обнаружена, что указывает на то, что между микрофибриллами появилась большая структура сшивания. Однако испытание механических свойств показало, что прочность волокна на разрыв значительно снизилась после сшивания. Это связано с тем, что процесс сшивания при высокой температуре неизбежно приводит к определенной степени деградации, что приводит к снижению прочности на разрыв.
Принципиальная схема модификации параволокна TiO2 для повышения стойкости к УФ-излучению
Некоторые также предлагали наносить на поверхность волокна слой неорганического материала с высокой прочностью на сжатие, например, SiC. Однако само покрытие будет влиять на смачиваемость волокна смолой, а толщина покрытия будет влиять на прочность волокна. Другой часто используемый метод — введение водородных связей между молекулами. Например, волокно Armos, производимое в России, является тройной сополимеризацией путем введения диаминовых мономеров, содержащих бензимидазольную структуру. Водородные связи между макромолекулярными цепями усиливаются, и его прочность на сжатие в 1,39 раза выше, чем у арамидного волокна VICWA. Однако дальнейшее улучшение прочности на сжатие параарамида по-прежнему остается серьезной проблемой.
Другим недостатком параарамида, используемого в качестве композитного армирования, является его плохая адгезия к матричной смоле, что требует модификации поверхности волокна. Распространенные методы включают химическую прививку, плазменную обработку, обработку облучением, химическое травление и прямое фторирование, среди которых технология прямого фторирования является относительно эффективным методом обработки поверхности, появившимся в последние годы.
