研究论文 ・纸基摩擦材料原纸。 纤维表面改性对纸基摩擦 材料原纸强度性能的影响 胡文静 陆赵情 ＇ 谢 瑶 王贝贝 丁 威 张美娟 （１．陕西科技大学轻工科学与工程学院，陕西西安，７１００２１； ２．浙江仙鹤股份有限公司，浙江衢州，３２４０２２） 作者简介：胡文静女士， 在读硕士研究生；主要 从事高性能纤维及其纸 基功能材料方面的研究。 摘要：采用高温空气氧化法对碳纤维表面进行改性处理，同时采用磷酸氧化法对芳纶短切纤维表 面进行处理，对改性前后的两种纤维分别进行表征；采用芳纶浆粕、竹浆、海泡石绒以及改性前后 的碳纤维和芳纶短切纤维混合来抄造纸基摩擦材料原纸；探究纤维的表面改性处理对纸基摩擦材料 原纸强度性能的影响。结果表明，改性后的纤维表面产生了很多沟壑，纤维表面粗糙程度增加，纤 维表面的接触点和面积更多，结合力更大，同时引入了大量的活性基团；用改性纤维配抄的纸张层 间结合强度比未改性纤维配抄的纸张层间结合强度提高了２１％。 关键词：纸基摩擦材料；纤维改性；高温空气氧化；磷酸氧化；纸张层间结合强度 中图分类号：ＴＳ７５８ ．７ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．１１９８０／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５４—５０８Ｘ．２０１７．０２．００３ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｉｂｅｒ ｏｎ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｐａｐｅｒ－ｂａｓｅｄ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｍａｔｅｒｉａｌ ＨＵ Ｗｅｎ－ｊｉｎｇ ＬＵ Ｚｈａｏ—ｑｉｎｇ ＇ ＸＩＥ Ｆａｎ ＷＡＮＧ Ｂｅｉ－ｂｅｉ ＤＩＮＧ Ｗｅｉ ＺＨＡＮＧ Ｍｅｉ・ｊｕａｎ。 （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａａｎｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｘｉ＇ａｎ，Ｓｈａａｎｘｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，７１００２１；２．Ｚｈｅｉｆａｎｇ Ｘｉａｎｈｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｑｕｚｈｏｕ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，３２４０２２） （ Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｕｚｈａｏｑｉｎｇ＠ｓｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ａｉｒ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ａｔ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｍｏｄｉｆｙ ｔｈｅ Ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ，ａｎｄ ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ ａｃｉｄ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｍｏｄｉｆｙ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ａｒａｍｉｄ ｃｈｏｐｐｅｄ ｆｉｂｅｒ，ｔｈｅ ｆｉｂｅｒｓ ｗｅｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｍｏｄｉｉｃａｔｆｉｏｎ．Ｔｈｅ ａｒａｍｉｄ ｐｕｌｐ，ｂａｍｂｏｏ ｉｆｂｅｒ，ｓｅｐｉｏｌｉｔｅ ｆｌｏｃｋｉｎｇ，ｍｏｄｉｆｉｅｄ／ｕｎｍｏｄｉｉｆｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ ａｎｄ ａｒａｍｉｄ ｃｈｏｐｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ｗｅｒｅ ｍｉｘｅｄ ｔｏ ｐｒｏｄｕｃｅ ｐａｐｅｒ—ｂａｓｅｄ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌ， ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｄｉｉｆｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｆｉｂｅｒｓ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｐａｐｅｒ－ｂａｓｅｄ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｍｏｒｅ ｒａｖｉｎｅｓ ａｐｐｅａｒｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｍｏｄｉｉｆｅｄ ｆｉｂｅｒｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ｏｆ ｉｆｂｅｒ ｓｕｒｆａｃｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ．Ｔｈｅｒｅ ｗｅｒｅ ｍｏｒｅ ｃｏｎｔａｃｔ ｐｏｉｎｔｓ ａｎｄ ａｒｅａ ｏｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｂｅｒ ｗｈｉｃｈ ｒｅｓｕｌｔｅｄ ｉｎ ｈｉｇｈｅｒ ｂｏｎｄｉｎｇ．Ｔｈｅ ｂｏｎｄｉｎｇ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｌａｙｅｒｓ ｏｆ ｓｈｅｅｔｓ ｗｈｉｃｈ ｗｅｒｅ ｍａｄｅ ｂｙ ｔｈｅ ｍｏｄｉｉｆｅｄ ｆｉｂｅｒ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ ２１％ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｏ ｔｈａｔ ｏｆ ｆｉｂｅｒ ｗｉｔｈｏｕｔ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐａｐｅｒ—ｂａｓｅｄ ｆｉｃｔｒｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌ；ｆｉｂｅｒ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｈｉｇｈ—ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｉｒ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ；ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ ａｃｉｄ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ；ｔｈｅ ｓｈｅｅｔ ｂｏｎｄｉｎｇ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｌａｙｅｒｓ 纸基摩擦材料主要由纤维、黏结剂、填料、具有 适的方向发展，人们对于摩擦材料的性能要求更多更 高，混合纤维的摩擦材料越来越受到人们的关注。多 摩擦性能的调节剂等组成，通常采用造纸的方式 （制浆和抄纸）制造出纸基摩擦材料原纸，再经树脂 种纤维的混合不仅能够避免单一材料所带来的缺陷， 而且还可以通过各种原料之间的不同结合作用达到单 一黏结剂浸渍制成纸基摩擦材料…。因其具有生产成 本低、动摩擦因数稳定、动／静摩擦因数比接近１、 材料所不具备的性能，让每种纤维都充分发挥自身 收稿日期：２０１６・１２—０８（修改稿） 贴合性能平稳、磨损率低、使用寿命长、噪音小及可 保护对偶材料等优点，已经发展成为一类越来越重要 的、逐渐替代树脂基和金属基摩擦材料的湿式摩擦材 基金项目：陕西省重点实验室科技计划（１２ＪＳ０１８）；十三五国家 重点研发计划项目（２０１６ＹＦＢ０３０３３ｏ４）；陕西省科技厅统筹创新 工程计划项目（２０１６ＫＴＣＱ０１—８７）。 通信作者：陆赵情，博士，教授；研究方向：高性能纤维及其 纸基功能材料。 Ｃｈｉｎａ ＰＭ ＆Ｐａｐｅｒ ＶｏＬ ３６，Ｎｏ．２，２０１７ 料，应用于汽车传动系统中的离合器和制动系统中的 刹车片上＿２ Ｊ。随着科技的进步和人民生活水平的提 高，机械及汽车工业逐渐向着高速、重载、安全、舒 ・１２・ 研究论文 的优点，制成综合性能优良的摩擦材料 Ｊ。 本实验中纸基摩擦材料的纤维原料主要有碳纤 维、芳纶纤维（芳维短切纤维和芳纶浆粕）、竹浆、 海泡石绒等，其中作为增强纤维的主要是碳纤维和芳 纶短切纤维。增强纤维的主要作用表现为增加摩擦材 １．３实验步骤 １．３．１纤维表面的上浆剂处理 许多学者在去除纤维表面上浆剂方面做了很多的 研究，但是没有明确哪些方法最有效 Ｊ。本实验中， 在有限的实验条件下，利用丙酮浸泡碳纤维和芳纶短 料的机械强度，提高和改善材料的热传导性能和热稳 切纤维以除去其表面的上浆剂或污染物。具体操作方 定性，使材料获得良好的耐摩擦性能和耐热性能 Ｊ。 碳纤维具有机械强度和耐磨性极高，摩擦因数稳定， 动／静摩擦因数比接近１，导热性和化学稳定性好， 在高温条件下不发生变软、熔化和碳化等突出优点， 构成了其作为新一代纸基摩擦材料的理想增强纤维的基 本要素 Ｊ。芳纶短切纤维具有密度小（１．４４ ｇ／ｃｍ ）、 韧性好、抗冲击性好、加工性好、比强度高于碳纤维 和硼纤维，热稳定性好，热膨胀系数低等优点 ６ Ｊ。 然而碳纤维和芳纶短切纤维表面光滑，呈化学惰性， 难以被水润湿和均匀分散，在很大程度上制约了其增 强纸基摩擦材料的开发应用。纸基摩擦材料领域发展 至今已经做了大量的实验研究，但是目前仍然存在着 一些重大问题，尤其是纤维表面的化学惰性导致的各 组分之间较差的界面结合性。 因此，本实验主要采用高温空气氧化法对碳纤维 进行改性处理，采用磷酸氧化法对芳纶短切纤维进行 改性处理，提高两种纤维表面的刻蚀、粗糙度以及化 学活性，增强其与纤维间的结合及纸张的层间结合强 度。分别采用扫描电子显微镜（ＳＥＭ）、原子力显微 镜（ＡＦＭ）和傅里叶变换红外光谱仪（ＦＴ－ＩＲ）对改 性前后的纤维进行表征，并探究改性纤维对纸基摩擦 材料原纸强度性能的影响。 １ 实验 １．１原料 实验原料包括抄纸原料和丙酮、磷酸等药品。抄 纸原料包括各种纤维、黏结剂、填料、摩擦性能调节 剂、各种助剂等。纤维原料包括碳纤维、芳纶短切纤 维、芳纶浆粕、竹浆、海泡石绒；填料包括硅藻土、 氧化铝粉体等；摩擦性能调节剂为石墨；助剂包括羟 基丁苯胶乳、聚氧化乙烯（ＰＥＯ）、阳离子聚丙烯酰 胺（ＣＰＡＭ）。 １．２实验仪器 Ｓ一４８００扫描电子显微镜，日本Ｅｔ立；ＳＰＡ４００． ＳＰＩ３８００Ｎ原子力显微镜，日本精工；ＶＥＣＴＯＲ２２傅 里叶变换红外光谱仪，德国ＢＲＵＫＥＲ公司；纸页成 型器；分析天平；电热恒温鼓风干燥箱；层间结合力 测试仪。 《中国造纸））２０１７年第３６卷第２期 法为：首先分别将碳纤维和芳纶短切纤维在丙酮中浸 泡１２ ｈ以去除纤维表面的上浆剂，再从丙酮中将纤 维取出用蒸馏水将纤维表面的丙酮清洗干净，然后在 １２０℃烘箱中干燥４ ｈ至绝干，使纤维表面的丙酮和 水分全部挥发，密封保存以备用。 １．３．２纤维表面的改性处理 碳纤维的表面处理方式有很多种，其目的都是使 碳纤维表面变得粗糙并且有更多的活性基团，本实验 的改性方法如下。 碳纤维：采用高温空气氧化法对其表面进行改性 处理 Ｊ。具体方法为：首先打开马弗炉，设定加热 温度４５０％，待温度到达设定温度再将碳纤维放入进 行高温氧化处理１ ｈ，最后取出放在干燥器中冷却， 即得到氧化处理后的碳纤维，密封保存以备用。 芳纶短切纤维：采用磷酸氧化法对其表面进行改 性处理＿９ Ｊ。具体方法为：首先将质量分数８５％的 Ｈ。ＰＯ 稀释至质量分数为２０％的Ｈ ＰＯ 溶液，再将 绝干芳纶短切纤维加入到盛有２０％Ｈ ＰＯ 溶液的烧 杯中，在温度为４０ｃＣ水浴锅中处理１ ｈ后取出，然后 再用蒸馏水将纤维表面Ｈ ＰＯ 反复清洗干净放入通 风恒温箱中，在１２０￣Ｃ烘箱中干燥４ ｈ至绝干，密封 保存以备用。 １．３．３改性前后纤维的表征 （１）扫描电子显微镜（ＳＥＭ） ＳＥＭ主要用来表征纤维的表观形貌。本实验采 用ＳＥＭ来扫描样品，加速电压为３．０ ｋＶ。具体操作 方法为：首先对绝干的碳纤维和芳纶短切纤维进行喷 金处理，然后采用二次电子成像模式观察处理前后碳 纤维和芳纶短切纤维表面形貌。 （２）原子力显微镜（ＡＦＭ） ＡＦＭ主要用来表征在纳米数量级尺度下的纤维表 面粗糙度（ＲＳＭ值）。本实验ＡＦＭ扫描范围为５ ｍ× ５ ｍ。具体操作方法为：首先将绝干碳纤维或芳纶短 切纤维有序地平铺在实验板上，再利用ＡＦＭ对改Ｉ生处 理前后的碳纤维或芳纶短切纤维的表面进行观察。 （３）傅里叶变换红外光谱仪（ＦＴ．ＩＲ） Ｆｒ—ＩＲ主要用来表征纤维处理前后表面官能团的化 学结构变化。本实验ＦＴ．ＩＲ扫描范围为５００～４０００ ｃｍ～。 ， ＩＩ Ｊ研究论文 １．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．一 具体操作方法 ： 允川１ ９ ＪＪ将绝Ｉ 的碳纤 继平１１艿纶 【＿７Ｊ纤维 ，』 川啐 ） 末状，ｆｌｆ将ｋｌｈ’翻ｆ纤 往（片纶 ｉ』＿Ｊ 纤维／碳纤维）以・定的顷 儿：放ｊ： 玛瑙研钵中趼 全 合均 Ｊ，然ｊ 压膜饥Ｉ二进仃 筷，即川‘川 透ｆＪＪ的 固体Ｋｌｈ，爪Ｊ＿Ｉ １．３．４纸琏 擦材料原纸的抄造 （１）制箭浆料悬浮液：将处 好的艿纶 ｆＪＪ纤维、碳纤维、 纶浆 柏、海池仃皱、竹纤维、琐料和 擦 性能调 』芝１】，放人 准疏解机 １ ｒ，ＪＪｌ１ 人一定 的Ｉ ）．疏解２００００转，制 成浆料， ： 液 （２）制 混合浆液： 浆料怂浮 液巾加入 壤丁 苯胶乳，疏孵３０（Ｘ）转 使胶乳均 分敞 浆液Ｉｆ１ 允分暇附 纤维和填木：｝ｒ ；力ｌ Ｊ人ＣＩ ＡＭ搅 ３０００转；ｆ｝ｆ』儿１人一定 ，Ｊ （）搅拌 ３０（Ｘ）转后形成分散均 的浆料 （３）采川纸贝成Ｊ 器制箭纸坫 拣材料 纸，定量为１Ｏ０ Ⅲ ２．１．２碳纤维 ２结果与讨论 （ａ）ＳＥＭ［￣『 （ｂ）ＡＦＭ ２ Ｉ 化处 纤维的＿｝乏观Ｊｆ；貌 化 、 ：结构的丧征 ｌ殳ｌ ３ 政一 前后碳纤维的¨ 一ｌＩ｛ 红外光 足对 合材料丧面的化学结卡勾卡ｌｌ物 ｒ 质进仃 １为改 ｆｎ Ｊ ｆ跌纤 门１．１ｒｌ、一ＩＲ对应的特ｆＪ 峰Ｊ『ｊｊ ｒＩ ２．１ 改性处 对碳纤维的影响 录ｆ１ Ｊ－ 温 ｔ氧化 埘碳纤维进行改性处理，得 （化处 ｌＩｆ 的碳纤 ２．１．１ 碳纤维表观肜貌的太 ｌ是术经处Ｊ：ｔｔ！（ｉ，ｊ碳纤维１５乏脱肜貌 ，图２足岛 温 ｔ轼化处 碳纤维的 观形貌图 状．没仃刻蚀和纹理 通过图 【警Ｊ ｌ ｃ 听爪，从ＳＩ＇：Ｍ 【｝１ ｌ，ｆ胥出，未经处 的碳纤维丧【ｆ１ｆ光滑 ２ 引 ｌ对比・ Ｊ‘知，经过高温 化处理后，碳纤 维丧 出 较【』ｌ］ 的－ 状沟 和Ｊ条纹划蚀，比灰脚 增人，增ＪＪ『】ｒ纤纠 ｊｊＩ他纠１分 Ｊ 】‘效的接触面私 Ａｌ－’Ｍ提供Ｊ 【】『以表ｆＩ 物质 『『ｌｆ荆【糙嫂的３Ｄ形貌 ， 从Ａ ｐ、Ｍ ¨】‘行ｆ 经过改 ，纤维表面的均 根粗 ３ 收 Ｊｌ 碳纤维Ｆ ＩＲ 表ｌ 改性前后碳纤维的ＦＴ—ＩＲ分析结果 皮教 糙瞍（ＲＭＳ）值增大，丧 机糙 增大，纤维太山 起伏较火，比 纤维的比表 增人 验纳 丧明，改性后碳 材料中其他组分填 ￣，的增人仃利ｆ ４２６ 允人碳纤维表 仔 ｔ＇ｔ｛ｊｑＬ隙ｆ１ｌ 化刎蚀馓斑中凹ｒｒ １嵌 ｌ６２７ ｒ 骐一ｔ）Ｈ ｆ【Ｉｊ缩振动 Ｃ一（１ 缩振动和苯．｛．１：Ｃ一（：，甜 振动 ｝ 的ｌ：（）冲缩振动 另：烃（：一Ｈ面外弯曲振动 合，他得纤维太 的饥做锁结作川增强，从而优化了 复合材料各纠１分之问的 山ｆ结合 ｌｑ－：ｆｉ￣，增火了复合材 料的力 ：性能…。 研究论 由图３可知，碳纤维改性前后出 现了纤维的红外出峰形状相似，基团 出峰位置接近，表明两者的化学组成 一致。在３４２６ ｃｍ～、３４３０ ｃｍ 处存 在较大强度和宽度的吸收峰，这是羟 基一０Ｈ伸缩振动吸收谱带，氧化改 性后羟基一０Ｈ吸收峰增强，说明经 过氧化后碳纤维表面引入了更多的 一０Ｈ：ｌ６２７（Ｙｎｌ～、ｌ６３２ ｃｎ１ 处也 （ａ）ＳＥＭ图 （ｂ）ＡＦＭ网 存在尖锐的吸收峰，是由Ｃ一０伸缩 振动和苯环Ｃ—ｃ骨架振动引起的酰 胺Ｉ带，且经氧化改性后的特征峰增 强；６０Ｏ ＣＩＩ１～、６５８ ＰＩ１１ 是苯环Ｃ—Ｈ ４ 未经处理的芳纶短切纤维表观形貌 面外弯曲振动的特征峰；另外，改性 后的碳纤维在１０４５㈨ 处附近出现 了新的特征吸收峰，推测为羟基的 ｃ～Ｏ伸缩振动。综上所述，高温氧 化处理引入了较多的羰基及其他含氧 基团，如一０Ｈ和Ｃ一０等活性基团， 这些活性基团可提高碳纤维表面活 性，增强纤维与其他组分问的界面相 容性 、 ２．２改性处理对芳纶短切纤维的影响 （ａ）ＳＥＭ图 （ｂ）ＡＦＭ 图５ 磷酸氧化处理后芳纶短切纤维表观形貌 采用磷酸氧化法对芳纶短切纤维表面进行改性处 理，得到氧化处理后的芳纶短切纤维。 ２．２．１ 芳纶短切纤维表观形貌的表征 图４是未经处理的芳纶短切纤维表观形貌图，图 ５是磷酸氧化处理后芳纶短切纤维的表观形貌图。 如图４所示，在未处理前，芳纶短切纤维是一种 刚性伸直链线状结构，表面光洁圆滑，整体呈柱状没 有刻蚀现象，表面惰性大，纤维比表面积小。如图５ 所示，从ＳＥＭ图和ＡＦＭ图以及ＲＭＳ值可看出，经 过改性处理后，纤维表面的粗糙度增大，表面分丝 波数／ｃｍ 图６改性前后芳纶短切纤维ＦＴ—ＩＲ图 增多，且纤维表面的接触点增多，比表面积增大， 增大了纤维与基体的啮合面积，从而提高了复合材 料间的结合力，由ＡＦＭ图可以看出，经过处理， 纤维由比较光滑的表面转变为较粗糙的表面；另一 方面提高了纤维的表面能，纤维浸润性显著提高， 由图６可知，改性前后芳纶短切纤维的出峰形状 似，基团出峰位置接近，表明两者的化学组成一敛 均具有明显的仲酰胺结构。在３４２７ Ｃｎｌ～、３４３ｌ¨１ｌ一 处存在较大强度和宽度的吸收峰，这是羟基一０Ｈ ｆｆ 缩振动和Ｎ—Ｈ的伸缩振动吸收谱带；Ｊ６３８ ｔｍ １６４１ ｃｍ 处也存在尖锐的吸收峰，是由Ｃ一０ ｌｊｌ走 的酰胺Ｉ带伸缩振动；１５３８（！ＩＩ１～、１５３７（１ｌ１１ 处存 增大了纤维与其他基体表面的润湿与结合，从而使 改性后的复合材料韧性提高．进一步提高了复合材 料的性能。 较强吸收峰，是由ｃ—Ｎ伸缩振动和Ｎ—Ｈ弯曲振五 的组合吸收谱带，称为酰胺Ⅱ带；１３９４ ｃｎ 处 Ｃ—Ｎ—Ｈ振动吸收谱带，称为酰胺Ⅲ带，酰胺Ⅲ 比酰胺Ⅱ弱；１０２２（１ｆ１１～、】０４３ ｃｍ 是羟基ｃ一（）ｆｆ ２．２．２芳纶短切纤维表面化学结构的影响 图６为改性前后芳纶短切纤维的ＦＴ—ＩＲ图，表２ 为改性前后芳纶短切纤维ＦＴｒ．ＩＲ对应的特征峰属性， 《ｌｆ】 造纸）２０ｌ７年第３６卷第２期 研究论文 表２改性前后芳纶短切纤维的ＦＴ－ＩＲ分析结果 波数／ｃｍ —— 特征峰属性 改性前 改性后 缩振动。另外，１５１４ ｃｍ～、１５１３ ｃｍ 处为苯环Ｃ：＝：Ｃ 骨架伸缩振动吸收谱带，并且８２１ ｃｍ 处为苯环ｃ—Ｈ 弯曲振动谱带，这些特征吸收峰也证实了这种纤维的 分子结构为对苯二取代结构。综上所述，用磷酸对芳 纶短切纤维改性处理后可使纤维表面的酰胺键断裂， 纤维表面产生更多活性氨基，所生成的羟基和氨基的 化学活性比苯环和酰胺键的高，可进一步发生新的化 学反应 １ 。因此，通过对芳纶短切纤维进行表面氧 化改性，使得纤维表面的活性基团增多，尤其是与水 介质的亲和力变强，不仅提高了纤维表面的润湿性 能，有利于提高纤维的分散性能，增大了纤维与其他 基体表面的润湿与结合，从而可使改性后复合材料的 韧性、拉伸强度、界面黏附性能提高，进一步提高了 复合材料的性能。 ２．３ 改性纤维对纸张强度性能的影响 纸和纸板内结合强度测定仪主要是对纸张层间结 合强度的测试。纸和纸板的层间结合强度是指纤维之 间通过氢键结合而产生的强度，反映纸张内部各物料 间结合强度的大小，也称为ｚ向强度。纤维表面的 改性处理所引起的物理嵌合和引入的活性基团对纤维 间结合力的大小具有非常重要的作用。提高ｚ向强 度会明显提高纸基摩擦材料在实际使用中的机械强度 和耐磨耐破的性能。 图７为改性纤维对纸基摩擦材料原纸层间结合强 度的影响。由图７可知，改性后的碳纤维和芳纶短切 纤维抄造的纸张层间结合强度比未改性的碳纤维和芳 纶短切纤维抄造的纸张层间结合强度提高了２１％。 其原因是通过对纤维表面进行氧化改性，改变了纤维 表面物理和化学性能，纤维的表面产生了刻蚀和沟 槽，表面积增大，表面粗糙化程度加大，使得纤维表 面的机械锁结作用增强，进一步使其他组分能更好地 渗入和充满于纤维表面的空隙中¨¨，从而使其强度 性能增强。另一方面，经过处理后，纤维表面产生的 ・１６・ ５００ ４８０ 越４６０ 照 ４４ｏ 厘 踏４２０ 。 ４００ 一 ＵＣ＋ＵＫ Ｃ＋ＵＫ ＵＣ＋Ｋ Ｃ＋Ｋ 纤维组合 注ＵＣ一末改性碳纤维；Ｃ一改性碳纤维； ｕＫ一未改性芳纶短切纤维；Ｋ一改性芳纶短切纤维 图７ 改性纤维对纸基摩擦材料原纸力学性能的影响 一ｃＯＯＨ、一ＯＨ、一ＮＨ 等活性基团增多，使纤维 由惰性表面变为活性较高的表面，纤维亲水性增加， 湿润性提高，使界面的化学键结合加强，这些活性基 团成为界面化学键结合作用的主要机理，不仅提高了 纤维表面的润湿性能，而且有利于提高纤维的分散性 能，使纤维在基体中均匀铺展并与其他组分之间拥有 良好的结合。因此，改性纤维抄造的纸张层间结合强 度增大 ３结论 本实验采用高温空气氧化法对起增强作用的碳 纤维进行改性处理，采用磷酸氧化法对芳纶短切纤 维表面进行改性处理，对改性前后的纤维分别进行 了表征；采用芳纶浆粕、竹浆、海泡石绒以及改性 前后的碳纤维和芳纶短切纤维混合抄造纸基摩擦材 料原纸，探究纤维改性前后对纸基摩擦材料强度性 能的影响。 经过改性，碳纤维表面粗糙度增加，比表面积增 大，同时纤维表面活性基团增多，且出现了新的活性 基团；芳纶短切纤维表面的接触面积和粗糙度增加， 增大了纤维与基体间的机械锲合，同时，其表面活性 基团增多，纤维表面亲水性增强，浸润性显著提高， 增大了纤维与其他基体表面的润湿与结合，从而使材 料的界面性能得到改善。采用改性纤维抄造的纸张层 间结合强度比未改性纤维抄造的纸张层间结合强度提 高了２ｌ％。改性纤维的物理机械作用和化学键作用 都有利于提高纸基摩擦材料的性能。 参考文献 ［１］ＬＵ Ｚｈａｏ—ｑｉｎｇ，ＣＨＥＮ Ｊｉｅ，ＺＨＡＮＧ Ｄａ—ｋｕｎ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ＰＥＯ ａｎｄ ＣＰＡＭ ｏｎ ｔｈｅ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｂａｓｅ Ｐａｐｅｒ ｆｏｒ Ｐａｐｅｒ Ｂａｓｅｄ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｍａｔｅｒｉａｌ［Ｊ］．Ｃｈｉｎａ Ｐｕｌｐ＆Ｐａｐｅｒ，２０１３，３２（２）：２２． Ｃｈｉｎａ Ｐｕｌｐ＆Ｐａｐｅｒ ＶｏＬ ３６，Ｎｏ．２。２０１７ 研究论文 陆赵情，陈杰，张大坤．ＰＥＯ和ＣＰＡＭ对纸基摩擦材料原纸性 ｗｉｔｈ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ａ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖｏｌｕｍｅ，１９９９，３５（８）：３３９． 能的影响［Ｊ］．中国造纸，２０１３，３２（２）：２２． ［２］ ＷＡＮＧ Ｂｅｉ－ｂｅｉ，ＬＵ Ｚｈａｏ－ｑｉｎｇ，ＣＨＥＮ Ｊｉｅ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｗｅａｒ Ｐａｐｅｒ－ｂａｓｅｄ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．Ｃｈｉｎａ Ｐｕｌｐ＆ Ｐａｐｅｒ，２０１５，３４（３）：２５． 张静江，陈善珠，杜战军．氧化法提高碳纤维增强复合材料强度 的研究［Ｊ］．理化检验——物理分册，１９９９，３５（８）：３３９． ［９］ＬＩ Ｔａｏ，ＺＨＡＯ Ｈｕｉ－Ｆａｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｍｅｉ—Ｙｕｎ．Ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｄｉｉｆｃａ－ ｔｉｏｎ ｏｆ ａｒａｍｉｄ ｆｉｂｅｒ ａｎｄ ｉｔｓ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ａｒａｍｉｄ 王贝贝，陆赵情，陈 杰．纸基摩擦材料摩擦磨损性能的研究 ［Ｊ］．中国造纸，２０１５，３４（３）：２５． ［３］ ＷＡＮＧ Ｗｅｎ－ｊｉｎｇ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ ｐａｐｅｒ［Ｊ］．Ｔｈｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｈａａｎｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏ— ｇＹ，２０１３，３１（５）：２３． ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐａｐｅｒ—ｂａｓｅｄ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌ ｗｉｔｈ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ［Ｄ］． Ｘｉ’ａｎ，Ｓｈａａｎｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１４． 李涛，赵会芳，张美云．芳纶纤维表面改性及其对芳纶纸物理 性能的影响［Ｊ］．陕西科技大学学报（自然科学版），２０１３，３１ （５）：２３． 王文静．碳纳米管改性碳纤维增强纸基摩擦材料的制备与研究 ［Ｄ］．西安：陕西科技大学，２０１４． ［４］ＨＵ Ｊｉａｎ，ＺＨＡＮＧ Ｚｅｎｇ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｐａｐｅｒ—ｂａｓｅｄ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｍａｔｅｒｉａｌ ｏｆ Ｈｙｂｒｉｄ Ｆｉｂｅｒ［Ｊ］．Ｃｈｉｎａ Ｐｕｌｐ＆Ｐａｐｅｒ，２００４，２３ （２）：２４． ［１０］ ＺＨＡＮＧ Ｙａｎ・ｍｅｉ，ＬＵ Ｃｈｕｎ－ｈｕａ，ＸＵ Ｚｈｏｎｇ．ｚｉ．Ｅｆｆｏｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ／ＮＲ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．Ｒｕｂｂｅｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，２００６，５３（９）：５４２． 张岩梅，陆春华，许仲梓．碳纤维表面处理对碳纤维／ＮＲ复合 曾．混合纤维复合摩擦材料的研究［Ｊ］．中国造纸， 材料性能的影响［Ｊ］．橡胶工业，２００６，５３（９）：５４２． ［１１］ｗｕ Ｑｉｎｇ，ＣＨＥＮ Ｈｕｉ—ｆａｎｇ，ＰＡＮ Ｄｉｎｇ．Ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆｔｈｅ 胡健，张２００４，２３（２）：２４． ［５］ＬＩＵ Ｌｉ・ｐｉｎｇ．Ｔｈｅ ｎｅｗ ｃａｒｂｏｎ ｉｆｂｅｒ ｆｉｒｃｔｉｏｎ ｍａｔｅｉｒａｌ［Ｊ］．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ，２０００（４）：３５． ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ［Ｊ］．Ｎｅｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌ，２０００，２８（３）：ｌ１． 吴庆，陈惠芳，潘鼎．碳纤维的表面处理［Ｊ］．化工新材 料，２０００，２８（３）：１１． 刘立平．新型碳纤维摩擦材料［Ｊ］．工程机械，２０００（４）：３５． ［６］ ＹＡＮＧ Ｂｉｎ．Ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａｒａｍｉｄ ｐｕｌｐ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｐａｐｅｒｍａｋｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ［Ｄ］．Ｘｉ’ａｎ，Ｓｈａａｎｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．２０１３． ［１２］ＬＵ Ｚｈａｏ－ｑｉｎｇ，ＬＩＵ Ｊｕｎ—ｈｕａ，ＺＨＡＮＧ Ｍｅｉ ｙｕｎ，ｅｔ ａ１．Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｐａｒａ ａｒａｍｉｄ ｆｉｂｅｒ ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ［Ｊ］．Ｐａｐｅｒ ａｎｄ Ｐａ— ｐｅｒ Ｍａｋｉｎｇ，２０１３，３２（６）：４１． 杨斌．对位芳纶浆粕性能结构表征及成纸性能研究［Ｄ］．西 陆赵情，刘俊华，张美云，等．对位芳纶纤维物化结构的研究 ［Ｊ］．纸和造纸，２０１３，３２（６）：４１． 安：陕西科技大学，２０１３． ［７］ＺＨＡＮＧ Ｃｈｕａｎｙｉｎ．Ｔｈｅ Ｒｅｓｅｒａｃｈ ｏｆ Ｆｉｂｅｒ Ｓｉｚｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｔｈｅ Ｐｅｒ－ ｆｏｒｍａｎｅｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｄ］．Ｔｉａｎｊｉｎ：Ｔｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉ－ ｔｙ，２０１４． ［１３］ＬＩＮＧ Ｘｉｎ－ｌｏｎｇ，ＺＨＯＵ Ｙａｎ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｄｉ－ ｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｒａｍｉｄ ｆｉｂｅｒ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１１，３０（３）：１３． 张传印．纤维上浆处理及复合材料的性能研究［Ｄ］．天津：天津 大学，２０１４． 凌新龙，周艳．芳纶纤维表面改性研究进展［Ｊ］．天津工业大 学学报，２０１１，３０（３）：１３． ｛ｃＰＰｌ ［８］ ＺＨＡＮＧ Ｊｉｎｇ－ｊｉａｎｇ，ＣＨＥＮ Ｓｈａｎ－ｚｈｕ，ＤＵ Ｚｈａｎ－ｊｕｎ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ （责任编辑：常青） ・消息・ 中国造纸协会、中国造纸学会新春团拜会在京举行 ２０１７年１月ｌ３日，中国造纸协会、中国造纸学 费量依然超过１亿ｔ，产量和消费量继续保持全球 第一的位置。这表明，造纸工业结构调整得比较 好，突出表现在原料结构调整趋于合理、环保达标 企业所占比例大幅度提升、已被列入国家经贸委组 织实施的清洁生产试点行业、全行业整体利润增长 率超过４％。中国造纸协会、中国造纸学会将在国 家实施创新驱动发展战略大背景下继续为我国造纸 会新春团拜会在北京举行。中国轻工业联合会原会长 陈士能、原轻工业部副部长王文哲、中国轻工业联合 会原名誉会长潘蓓蕾、中国轻工业联合会原副会长钱 桂敬、中国轻工业联合会秘书长杜同和等领导出席了 团拜会。近１００名在京的造纸界老领导、老专家及相 关单位代表欢聚一堂，共贺新春。 中国轻工业联合会秘书长杜同和，中国造纸协 工业贡献更大力量，更好地为广大造纸科技工作者 服务。祝愿大家身体健康、精神愉快、阖家幸福、 万事如意。 会理事长赵伟，中国造纸学会秘书长曹春昱分别致 辞。与大家共同回顾了造纸行业在“十三五”开局 之年所取得的成绩。２０１６年我国纸和纸板产量和消 《中国造纸）２０１７年第３６卷第２期 （中国造纸学会） ・】７・
