本文關(guān)鍵詞：芳綸Ⅲ纖維的原位改性及產(chǎn)物電磁學(xué)性能研究

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【摘要】：隨著電子電氣、通訊及信息技術(shù)的飛速發(fā)展,具有電磁屏蔽和吸波功能的復(fù)合材料的開發(fā)應(yīng)用具有重要意義。由于優(yōu)異的機(jī)械力學(xué)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(jīng)電磁學(xué)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(dǎo)電聚吡咯(Polypyrrole,PPy)和磁性粒子(如四氧化三鐵,Fe_3O_4)膜層,保證芳綸Ⅲ纖維優(yōu)良力學(xué)性能同時(shí),又賦予芳綸Ⅲ纖維電磁功能,制備出結(jié)構(gòu)-電磁功能一體化的復(fù)合纖維。目前主要采用對合成方法和工藝參數(shù)的調(diào)控,來調(diào)控芳綸Ⅲ纖維表面化學(xué)原位負(fù)載的功能材料膜層厚度和顆粒度均勻,使得制備的負(fù)載纖維具有優(yōu)良的電磁功能。探索原位制備導(dǎo)電芳綸Ⅲ纖維。以三氯化鐵(FeCl_3)為氧化劑,研究摻雜劑種類對芳綸Ⅲ纖維表面原位負(fù)載PPy復(fù)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(shí)現(xiàn)了 PPy的原位負(fù)載,但得到的復(fù)合纖維質(zhì)量不佳。通過SEM和FT-IR分析發(fā)現(xiàn),以酸(鹽酸(HCl)、磷酸(PhA)、氨基磺酸(SA)、草酸(OA))和鹽(磷酸二氫鉀(MAP)、靛藍(lán)二磺酸鈉(IC))為摻雜劑在芳綸Ⅲ纖維表面實(shí)現(xiàn)PPy原位負(fù)載。摻雜劑使復(fù)合纖維表面負(fù)載的PPy膜層形貌比較均一,其中OA/PPy-F_3的PPy膜層最為均勻。XRD結(jié)果表明,相比于原芳綸Ⅲ纖維,OA/PPy-F_3的結(jié)晶度下降最低。對其電磁學(xué)性能分析發(fā)現(xiàn),復(fù)合纖維的電導(dǎo)率相比于原芳綸Ⅲ纖維可提高14個(gè)數(shù)量級。OA/PPy-F_3具有最佳的反射損耗,在3.5mm厚度時(shí),其模擬反射損耗可達(dá)-39.7dB。在擇優(yōu)選擇OA為摻雜劑時(shí),研究單因素調(diào)控OA濃度對復(fù)合纖維物化性能的影響。SEM結(jié)果表明,隨著OA濃度的增大,制備的纖維產(chǎn)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(jié)果,可以研究OA對芳綸Ⅲ表面負(fù)載PPy膜層的影響機(jī)制為:OA與FeCl_3形成配位化合物[Fe(C_2O_4)_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均勻PPy膜層。XRD結(jié)果表明,復(fù)合纖維結(jié)晶峰強(qiáng)度隨著OA濃度的增大,先下降后上升。對系列復(fù)合纖維的電磁學(xué)性能分析發(fā)現(xiàn),系列復(fù)合纖維物的導(dǎo)電率隨著OA含量的增加而下降,由0.933 S/cm下降到0.0094 S/cm。產(chǎn)物厚度為3.5 mm時(shí),復(fù)合纖維產(chǎn)物OA-2具有最佳的反射損耗值,可達(dá)-39.7 dB。在擇優(yōu)選擇草酸摻雜劑濃度時(shí),單因素研究氧化劑變化對復(fù)合纖維結(jié)構(gòu)和性能的影響。SEM和XRD結(jié)果表明,隨著FeCl_3濃度的增大,制備的產(chǎn)物直徑逐漸增加,產(chǎn)物OX-3(即OA-2)表面負(fù)載的PPy膜層最為均勻致密;其結(jié)晶度逐漸下降。對系列復(fù)合纖維的電磁學(xué)性能分析發(fā)現(xiàn),隨著FeCl_3濃度的增大,導(dǎo)電率逐漸增加,系列導(dǎo)電率由0.0138 S/cm上升到1.433 S/cm。在材料厚度為3.5 mm時(shí),原位負(fù)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-39.7 dB。探索芳綸Ⅲ纖維原位負(fù)載鐵氧體磁性粒子。以二氯亞鐵(FeCl2)和氫氧化鈉(NaOH)為前驅(qū)體,以水熱合成法在酸性高錳酸鉀經(jīng)刻蝕后的芳綸Ⅲ纖維表面(m-F)原位合成磁性納米粒子Fe_3O_4。SEM和FT-IR結(jié)果表明,由于酸性高錳酸鉀的刻蝕,導(dǎo)致m-F表面含有羥基和氨基和粗糙表面,因而Fe_3O_4可在m-F纖維表面的原位生長。經(jīng)刻蝕后的m-F結(jié)晶度大幅度下降;隨著溫度的升高,復(fù)合纖維的結(jié)晶度逐漸下降,且Fe304會(huì)進(jìn)一步被氧化成Fe_2O_3。系列復(fù)合纖維的電磁學(xué)性能結(jié)果表明,在厚度為3.5mm時(shí),在2-7GHz范圍內(nèi),Fe_3O_4/F_3-2具有最優(yōu)的吸波性能;在7-15 GHz范圍內(nèi),Fe_3O_4/F_3-4具有最優(yōu)的吸波性能。
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ342.72

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1291804