A aplicação da para-aramida enfrenta três problemas principais: baixa resistência à radiação UV, baixa resistência à compressão axial e baixa adesão à resina. Essas deficiências limitam a aplicação da para-aramida em materiais compósitos e outras áreas.
A aplicação da para-aramida enfrenta três problemas principais: baixa resistência à radiação UV, baixa resistência à compressão axial e baixa adesão à resina. Essas deficiências limitam a aplicação da para-aramida em materiais compósitos e outras áreas.
O campo de aplicação da para-aramida determina que é inevitável usá-la ao ar livre por um longo tempo, por isso é muito importante melhorar sua resistência UV. A baixa resistência UV da aramida é devido à presença de um grande número de anéis de benzeno e grupos carbonila na estrutura. Essa estrutura conjugada absorve a energia UV e causa a quebra da ligação amida. Existem muitos estudos sobre como melhorar a resistência UV da aramida. Métodos comuns incluem o revestimento da superfície da fibra, enxerto de absorvedores de UV ou agentes de proteção UV, etc. Por exemplo, TiO2 e ZnO são introduzidos na superfície da fibra. O princípio é espalhar os raios UV através de TiO2 ou ZnO, reduzindo assim a absorção de raios UV pelo corpo da fibra. Estudos mostraram que após 168 horas de irradiação UV, a fibra de Kevlar com nano-TiO2 enxertado na superfície ainda pode manter 90% de sua resistência à tração, enquanto a fibra de Kevlar não tratada pode manter apenas 75% de sua resistência à tração após a mesma irradiação.
Outra desvantagem da para-aramida como reforço compósito é sua baixa resistência à compressão axial. A resistência à compressão da aramida é geralmente de 200 a 400 MPa, o que é inferior a 1/10 de sua resistência à tração e muito inferior à resistência à compressão da fibra de carbono (> 1,0 GPa), o que limita sua aplicação em materiais compósitos e outros campos. Muitos pesquisadores realizaram inúmeras pesquisas para melhorar a resistência à compressão axial da aramida, como o tratamento térmico acima de 400 °C para reticular as fibras. Embora a resistência à compressão das fibras tenha aumentado em mais de 2,5 vezes após o tratamento térmico, sua resistência à tração foi bastante reduzida, indicando que a cadeia macromolecular foi acompanhada por um certo grau de degradação durante o processo de tratamento térmico. Alguns pesquisadores também introduziram grupos reticuláveis diretamente na cadeia macromolecular por meio de copolimerização. Tao Jiang et al. introduziram a estrutura do benzociclobuteno (XTA), que pode ser reticulada em alta temperatura na cadeia macromolecular do PPTA por meio de copolimerização. Acima de 320 °C, a estrutura do benzociclobuteno começou a reticular, e o grau de reticulação aumentou gradualmente com o aumento da temperatura e do tempo de tratamento térmico. Após o tratamento da fibra PPTA-co-XTA a 330 °C por 10 s, um grande número de estruturas microfibriladas ainda estava presente em seu interior; no entanto, após o tratamento a 410 °C por 120 s, a seção transversal da fibra tornou-se plana e lisa, e nenhuma estrutura microfibrilada foi detectada, indicando que uma grande estrutura de reticulação havia surgido entre as microfibrilas. No entanto, o teste de propriedades mecânicas mostrou que a resistência à tração da fibra diminuiu significativamente após a reticulação. Isso ocorre porque o processo de reticulação em alta temperatura inevitavelmente causa um certo grau de degradação, o que causa a diminuição da resistência à tração.
Diagrama esquemático do princípio de modificação da superfície de TiO2 da para-fibra para melhorar a resistência aos raios UV
Alguns autores também propuseram o revestimento de uma camada de material inorgânico com alta resistência à compressão, como SiC, na superfície da fibra. No entanto, o revestimento em si afetará a molhabilidade da fibra com a resina, e a espessura do revestimento afetará a tenacidade da fibra. Outro método comumente utilizado é a introdução de interações de ligação de hidrogênio entre as moléculas. Por exemplo, a fibra Armos produzida na Rússia é copolimerizada ternariamente pela introdução de monômeros de diamina contendo estrutura benzimidazol. As interações de ligação de hidrogênio entre as cadeias macromoleculares são aprimoradas, e sua resistência à compressão é 1,39 vezes maior que a da fibra de aramida VICWA. No entanto, melhorar ainda mais a resistência à compressão da para-aramida ainda é um grande problema.
Outra desvantagem da para-aramida usada como reforço de compósito é sua baixa adesão à resina da matriz, o que requer modificação da superfície da fibra. Métodos comuns incluem enxerto químico, tratamento de plasma, tratamento por irradiação, ataque químico e fluoração direta, entre os quais a tecnologia de fluoração direta é um método de tratamento de superfície relativamente eficaz que surgiu nos últimos anos.
