聚氨酯上浆剂处理对芳纶纤维表面及界面性能的影响

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20251028.004

复合材料科学与工程 ›› 2025, Vol. 0 ›› Issue (10): 22-27.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20251028.004

聚氨酯上浆剂处理对芳纶纤维表面及界面性能的影响

邓志康¹, 张鹏¹, 孔海娟^1*, 余木火^1,2

1.上海工程技术大学材料科学与工程学院,上海 201620;
2.东华大学材料科学与工程学院,上海 201620

收稿日期:2025-06-18 出版日期:2025-10-28 发布日期:2025-12-02
通讯作者: 孔海娟(1985—),女,副教授,研究方向为高性能纤维及复合材料,Konghaijuan@sues.edu.cn。
作者简介:邓志康(2000—),男,硕士研究生,研究方向为高性能纤维及复合材料。
基金资助:
上海市Ⅲ类高峰学科-材料科学与工程(高能束智能加工与绿色制造);四川省高技术有机纤维重点实验室项目(PLN2022-09)

Effects of the polyurethane sizing agent on surface and its interfacial properties for the aramid fiber

DENG Zhikang¹, ZHANG Peng¹, KONG Haijuan^1*, YU Muhuo^1,2

1. School of Materials Science and Engineering, Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 201620, China;
2. School of Materials Science and Engineering, Donghua University, Shanghai 201620, China

Received:2025-06-18 Online:2025-10-28 Published:2025-12-02

摘要/Abstract

摘要： 采用水性聚氨酯(Waterborne Polyurethane,WPU)上浆剂对芳纶纤维进行改性,提高芳纶纤维与热塑性聚氨酯(Thermoplastic Polyurethane,TPU)树脂界面结合性能和复合材料的力学性能。采用傅里叶红外光谱仪、X射线光电子能谱和扫描电镜等对芳纶纤维结构、表面元素组成和表面形貌进行表征,结果表明WPU上浆剂成功涂覆在芳纶纤维表面。对不同WPU含量的上浆剂对芳纶纤维表面能、拉伸强度、层间剪切强度等的影响进行研究。结果表明:不同WPU含量都可以提高纤维表面的粗糙度和表面能;WPU上浆剂质量分数为0.8wt%时,对性能的提高最明显,WPU-AF表面能提高了28.91%,层间剪切强度为32.7 MPa,提高了37.9%。

关键词: 聚氨酯, 芳纶纤维, 界面结合性能, 复合材料

Abstract: Waterborne polyurethane (WPU) sizing agent was used to modify aramid fiber (AF) and improve the interfacial bonding properties for AF and thermoplastic polyurethane (TPU) resin. The structure, surface element composition and morphology of AF were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy and scanning electron microscopy. The results showed that WPU sizing agent was successfully coated on the AF surface. The effects of WPU content on the surface energy, interlaminar shear strength of aramid fibers and TPU were studied. It is found can improve the surface roughness and surface energy of fiber surface with various WPU content. When the content of WPU sizing agent is 0.8wt%, the surface energy of WPU-AF is increased by 28.91%, while the interlaminar shear strength is 32.7 MPa, increased by 37.9%.

Key words: polyurethane, aramid fiber, interfacial bonding, composites

中图分类号:

TB332

邓志康, 张鹏, 孔海娟, 余木火. 聚氨酯上浆剂处理对芳纶纤维表面及界面性能的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(10): 22-27.

DENG Zhikang, ZHANG Peng, KONG Haijuan, YU Muhuo. Effects of the polyurethane sizing agent on surface and its interfacial properties for the aramid fiber[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2025, 0(10): 22-27.

参考文献

[1] 张玮, 刘姝瑞, 张明宇, 等. 芳纶纤维的发展现状及应用[J]. 纺织科学与工程学报, 2024, 41(1): 86-94.
[2] 熊恬. 芳纶复合材料对体育产业创新发展的影响[J]. 塑料助剂, 2023(6): 58-61.
[3] 卢振宇, 王绪财, 彭刚, 等. 防弹纤维复合材料发展现状综述[C]//西南科技大学, 高分子在线平台, 中国电子节能技术协会新材料专业委员会. 2024第五届全国功能高分子材料学术研讨会论文集. 绵阳: 2024: 43-52.
[4] 廉秀叶, 周绪波, 杨菁, 等. 芳纶纤维在轮胎中的应用研究进展[J]. 中国橡胶, 2024, 40(11): 53-56.
[5] 李杉杉, 尚诗杰, 王娜娜, 等. 对位芳纶纤维界面改性技术研究进展[J]. 复合材料学报, 2025, 42(3): 1192-1206.
[6] 路慧颖, 唐凯, 雒瑞银, 等. 对位芳纶的结构与缺陷对其力学性能的影响[J]. 东华大学学报(自然科学版), 2024, 50(4): 76-82.
[7] ZHANG B, JIA L, TIAN M, et al. Surface and interface modification of aramid fiber and its reinforcement for polymer composites: a review[J]. European Polymer Journal, 2021, 147: 110352.
[8] 吕钧炜, 罗龙波, 刘向阳. 基于直接氟化技术的芳纶表/界面结构设计与制备研究进展[J]. 纺织学报, 2023, 44(6): 21-27.
[9] 杜江缘, 赵心妍, 杨可杰, 等. 聚偏氟乙烯膜亲水改性研究综述[J]. 有机氟工业, 2022(2): 18-22.
[10] 邱明华, 李强, 念保义, 等. 白炭黑表面改性研究现状及进展[J]. 矿产综合利用, 2020(3): 40-47.
[11] HUSSAIN S, YORUCU C, AHMED I, et al. Surface modification of aramid fibres by graphene oxide nano-sheets for multiscale polymer composites[J]. Surface and Coatings Technology, 2014, 258: 458-466.
[12] 赵烨. BOPP复合膜涂层法表面改性技术应用进展[J]. 合成材料老化与应用, 2023, 52(6): 98-102.
[13] 战奕凯, 赵潜, 李莉萍, 等. 碳纤维表面改性研究进展[J]. 工程塑料应用, 2019, 47(10): 135-139.
[14] 周宇函. 氩/氮双等离子体改性对位芳纶/环氧树脂复合材料力学性能研究[D]. 石家庄: 河北科技大学, 2023.
[15] WANG C X, DU M, LV J C, et al. Surface modification of aramid fiber by plasma induced vapor phase graft polymerization of acrylic acid. Ⅰ. Influence of plasma conditions[J]. Applied Surface Science, 2015, 349: 333-342.
[16] XU Q, KONG H, DING H, et al. Effects of different supercritical temperatures on the modification of aramid pulp surface via coating silica to enhance the properties of EPDM composites[J]. Polymer Composites, 2021, 42(3): 1473-1485.
[17] 兰天, 孟庆杰, 裴雨辰. 超临界CO₂技术对空心/实心石英混编纤维表面改性[J]. 航空材料学报, 2020, 40(1): 46-52.
[18] 李东东. 超临界流体对碳纤维表面处理的研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2011.
[19] 范大鹏. 超临界二氧化碳对碳纤维的表面处理[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2006.
[20] 郑环达. 对位芳纶纤维超临界CO₂无水染色关键技术[J]. 纺织高校基础科学学报, 2025, 38(1): 33-35.
[21] 李亚锋, 张杜鹃, 鹿海军. 超临界CO₂处理对芳纶纤维复合材料界面性能的影响研究[J]. 中国胶粘剂, 2025, 34(3): 34-40.
[22] RIDZUAN A M, TEONG G C, SAIFULAZRY O A S, et al. Effect of cellulose nanofibrils on the properties of Jatropha oil-based waterborne polyurethane nanocomposite film[J]. Polymers, 2021, 13(9): 1460.

聚氨酯上浆剂处理对芳纶纤维表面及界面性能的影响

Effects of the polyurethane sizing agent on surface and its interfacial properties for the aramid fiber

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	卓晴, 王诗仪, 赵伟, 李明普, 王煜祺, 李媛媛, 李英儒. 基于Pickering乳液法的石墨烯/PCM复合材料的制备与性能[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(9): 1-7.
[2]	邓裕, 涂昊昀. 基于DIC的短切纤维增韧碳纤维复合材料Ⅰ型层间性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(9): 8-15.
[3]	张龙, 张伟, 范钧滔, 廖文林. 随机分布载荷作用下双向功能梯度材料悬臂梁的半解析模拟方法[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(9): 16-26.
[4]	慕文龙, 陈良玉, 黎世杰, 张世坤, 蒋军委. 铺层顺序对亚麻/玄武岩纤维混杂增强复合材料低速冲击性能的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(9): 27-34.
[5]	李科辉, 张月尧, 宋龙杰, 杨莉玲, 陈丁丁, 邢素丽, 尹昌平, 唐俊. 纳米碳酸钙改性前端聚合双环戊二烯树脂性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(9): 35-41.
[6]	黄顺枫, 刘文博, 王培培, 杨帆, 王荣国, 胡可军. 基于热-流-固多场耦合的厚截面复合材料凝胶前后固化均匀性优化[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(9): 47-54.
[7]	郭敬, 焦亚男, 周庆, 万喜莉, 陈利. 蜂窝状三维机织复合材料的制备及压缩失效行为研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(9): 55-64.
[8]	王岩, 黄永勇, 李毅超. L形复合材料长梁件的倒圆角对其固化变形特性影响规律研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(9): 65-74.
[9]	姜鹏飞, 李磊, 张一帆. 纬纱层向偏转角对2.5D机织复合材料经向拉伸力学行为的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(9): 75-83.
[10]	方思明, 庄雷, 周晓亮, 孔魁, 徐利强, 张定好, 李亚龙. 有限差分法在大型风电叶片静力测试中的应用与研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(9): 93-97.
[11]	广禹波, 任明伟, 邱睿, 曹清林, 王勇, 王馨钰. 乘用车复合材料后排座椅背板设计与分析[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(9): 110-116.
[12]	孙卓伟, 袁国青. 复合材料无缝衬套挤压强化仿真及其疲劳寿命预测研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(9): 125-134.
[13]	吴迪, 刘驻, 毕团利, 程路超, 刘震宇, 章继峰. 碳纤维增强复合材料反射镜制备与应用研究进展[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(9): 135-146.
[14]	李壮壮, 刘新浩, 牟秀娟, 王其坤. 高超音速飞行器用新型树脂基烧蚀防热材料研究进展[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(9): 147-156.
[15]	武顺心, 朱水文. 基于渐近均匀化法的黏弹性复合材料时域本构模型研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(8): 8-14.