L'applicazione della para-aramide presenta tre problemi principali: scarsa resistenza ai raggi UV, bassa resistenza alla compressione assiale e scarsa adesione alla resina. Queste carenze ne limitano l'applicazione nei materiali compositi e in altri settori.
L'applicazione della para-aramide presenta tre problemi principali: scarsa resistenza ai raggi UV, bassa resistenza alla compressione assiale e scarsa adesione alla resina. Queste carenze ne limitano l'applicazione nei materiali compositi e in altri settori.
Il campo di applicazione della para-aramide determina l'inevitabile utilizzo all'aperto per lunghi periodi, quindi è molto importante migliorarne la resistenza ai raggi UV. La scarsa resistenza ai raggi UV dell'aramide è dovuta alla presenza di un elevato numero di anelli benzenici e gruppi carbonilici nella struttura. Questa struttura coniugata assorbe l'energia UV e causa la rottura del legame ammidico. Esistono molti studi per migliorare la resistenza ai raggi UV dell'aramide. I metodi comuni includono il rivestimento della superficie della fibra, l'innesto di assorbitori UV o agenti schermanti UV, ecc. Ad esempio, TiO₂ e ZnO vengono introdotti sulla superficie della fibra. Il principio è quello di diffondere i raggi UV attraverso TiO₂ o ZnO, riducendo così l'assorbimento dei raggi UV da parte del corpo della fibra. Studi hanno dimostrato che dopo 168 ore di irradiazione UV, la fibra di Kevlar con nano-TiO₂ innestato sulla superficie può ancora mantenere il 90% della sua resistenza alla trazione, mentre la fibra di Kevlar non trattata può mantenere solo il 75% della sua resistenza alla trazione dopo la stessa irradiazione.
Un altro svantaggio del para-aramide come rinforzo composito è la sua bassa resistenza alla compressione assiale. La resistenza alla compressione dell'aramide è generalmente di 200~400 MPa, ovvero inferiore a 1/10 della sua resistenza a trazione e di gran lunga inferiore alla resistenza alla compressione della fibra di carbonio (>1,0 GPa), il che ne limita l'applicazione nei materiali compositi e in altri campi. Molti studiosi hanno condotto numerose ricerche per migliorare la resistenza alla compressione assiale dell'aramide, ad esempio mediante trattamento termico a temperature superiori a 400 °C per reticolare le fibre. Sebbene la resistenza alla compressione delle fibre sia aumentata di oltre 2,5 volte dopo il trattamento termico, la sua resistenza a trazione si è notevolmente ridotta, indicando che la catena macromolecolare era accompagnata da un certo grado di degradazione durante il processo di trattamento termico. Alcuni ricercatori hanno anche introdotto direttamente gruppi reticolabili nella catena macromolecolare tramite copolimerizzazione. Tao Jiang et al. È stata introdotta la struttura del benzociclobutene (XTA), reticolabile ad alta temperatura, nella catena macromolecolare del PPTA tramite copolimerizzazione. Oltre i 320 °C, la struttura del benzociclobutene ha iniziato a reticolare e il grado di reticolazione è gradualmente aumentato con l'aumentare della temperatura e del tempo di trattamento termico. Dopo il trattamento della fibra PPTA-co-XTA a 330 °C per 10 secondi, all'interno della fibra era ancora presente un gran numero di strutture microfibrillate; tuttavia, dopo il trattamento a 410 °C per 120 secondi, la sezione trasversale della fibra era piatta e liscia e non è stata rilevata alcuna struttura microfibrillata, a indicare la presenza di una consistente struttura reticolante tra le microfibrille. Tuttavia, i test delle proprietà meccaniche hanno mostrato che la resistenza alla trazione della fibra è diminuita significativamente dopo la reticolazione. Questo perché il processo di reticolazione ad alta temperatura comporta inevitabilmente un certo grado di degradazione, che ne riduce la resistenza alla trazione.
Diagramma schematico del principio di modifica della superficie TiO2 della parafibra per migliorare la resistenza ai raggi UV
Alcuni hanno anche proposto di rivestire la superficie della fibra con uno strato di materiale inorganico ad alta resistenza alla compressione, come il SiC. Tuttavia, il rivestimento stesso influirà sulla bagnabilità della fibra con la resina e il suo spessore influirà sulla tenacità della fibra. Un altro metodo comunemente utilizzato consiste nell'introdurre interazioni a idrogeno tra le molecole. Ad esempio, la fibra Armos prodotta in Russia viene copolimerizzata ternariamente introducendo monomeri diamminici contenenti struttura benzimidazola. Le interazioni a idrogeno tra le catene macromolecolari vengono migliorate e la sua resistenza alla compressione è 1,39 volte superiore a quella della fibra aramidica VICWA. Tuttavia, migliorare ulteriormente la resistenza alla compressione della para-aramide rimane ancora un problema importante.
Un altro svantaggio della para-aramide utilizzata come rinforzo composito è la scarsa adesione alla resina della matrice, che richiede una modifica superficiale della fibra. I metodi più comuni includono l'innesto chimico, il trattamento al plasma, il trattamento di irradiazione, l'incisione chimica e la fluorurazione diretta, tra cui la tecnologia di fluorurazione diretta, un metodo di trattamento superficiale relativamente efficace emerso negli ultimi anni.
