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作为一种新型高科技合成纤维,芳纶纤维(KF)已经成为众多尖端工业领域不可或缺的重要组成。它独特的结构(由芳香环和酰胺键组成的线性大分子主链)造就了其优异的综合性能,主要表现在质量轻、高强度和模量、耐高温和超强的耐酸碱性等。同样,也是由于其内部结构的规整,导致其表面极性官能团少,表面活性差,与树脂的界面粘结性能差,使其增强树脂基复合材料的优异综合性能得不到充分发挥。此外,其大分子主链中的重要组成部分——酰胺键在紫外(UV)光照下极易发生断裂,这将显著降低KF纤维在应用过程中的服役可靠性。因此,对其改性势在必行。多年来,KF纤维的改性研究层出不穷,但是大多数的改性方法都是先将KF纤维进行预处理,破坏了KF的结构,牺牲了原有优异的性能。本文旨在保持纤维原有优异性能的基础上,不对纤维进行任何预处理,而直接利用一种仿生绿色方法对芳纶纤维进行表面接枝改性研究,在保持优异热稳定性的基础上,获得表面活性、拉伸性能、耐UV性和阻燃性同时得到提高的新型高性能KF纤维。本文的研究内容主要包括以下两个方面。首先,利用多巴胺(DA)的超强粘附性能,在KF纤维上均匀形成聚多巴胺层(PDA),得到PDA改性KF纤维(KF-PDA)。KF-PDA能很好地保持KF原有的内部结构不被破坏,性能不受影响。此外,PDA表面大量的羟基和氨基等活性基团不仅能显著提高纤维的表面活性,还能作为二次反应的平台,与氧化石墨烯(GO)反应,将片状GO均匀地包覆到KF纤维表面,得到仿生绿色双层包覆的改性芳纶纤维(KF-PDA-GO)。为了探究DA浓度、反应温度和GO浓度对KF-PDA-GO的结构与性能的影响,本文设计了三因素三水平的正交试验,对其进行了系统分析,得到了优良的改性纤维制备工艺。结果显示,反应温度是表面活性和耐UV性的决定性因素。九组正交试验所得的KF-PDA-GO纤维的表面活性和耐UV性能都得到了显著提升,克服了原始纤维(KF)的两大难题;同时,KF-PDA-GO纤维显示了杰出的热稳定性和更强拉伸性能。其中,KF-PDA-GO3是在最优的条件下制备的改性纤维,其表面自由能提高了54%,经168h的UV辐射后的拉伸性能的保持率高达93.4%,处于近期报道的改性纤维的最高水平范围。其次,对芳纶纤维布(KFc)进行了表面改性。制得了三种GO含量不同的改性芳纶纤维布(KFc@PDA-GO1~KFc@PDA-GO3)。重点研究了阻燃性能。尽管PDA和GO的耐热性能劣于芳纶纤维布,但是它们的存在却没有裂化纤维的热性能,改性纤维保持了KF的优异热稳定性。不仅如此,PDA和GO的包覆使纤维的阻燃性能得到了进一步提高,且随着GO浓度的增大而增大。与KFc相比,KFc@PDA-GO3的热释放容量降低了41.6%;垂直燃烧后的炭长减小了60.3%;极限氧指数也提高到了27.6%。这些突出的性能证实了本文建立的改性方法可以同时赋予纤维良好的表面活性、耐UV性能及阻燃性,显示出巨大的应用潜力。