L'application du para-aramide se heurte à trois problèmes majeurs : une faible résistance aux UV, une faible résistance à la compression axiale et une faible adhérence à la résine. Ces défauts limitent son application dans les matériaux composites et d'autres domaines.
L'application du para-aramide se heurte à trois problèmes majeurs : une faible résistance aux UV, une faible résistance à la compression axiale et une faible adhérence à la résine. Ces défauts limitent son application dans les matériaux composites et d'autres domaines.
Le domaine d'application du para-aramide implique une utilisation prolongée en extérieur. Il est donc crucial d'améliorer sa résistance aux UV. La faible résistance aux UV de l'aramide est due à la présence d'un grand nombre de cycles benzéniques et de groupes carbonyles dans sa structure. Cette structure conjuguée absorbe l'énergie UV et provoque la rupture de la liaison amide. De nombreuses études visent à améliorer la résistance aux UV de l'aramide. Les méthodes courantes incluent le revêtement de la surface de la fibre, le greffage d'absorbeurs ou d'agents de protection UV, etc. Par exemple, du TiO₂ et du ZnO sont introduits à la surface de la fibre. Le principe consiste à diffuser les rayons UV à travers le TiO₂ ou le ZnO₂, réduisant ainsi l'absorption des rayons UV par la fibre. Des études ont montré qu'après 168 heures d'irradiation UV, la fibre Kevlar greffée en surface avec du nano-TiO₂ conserve 90 % de sa résistance à la traction, tandis que la fibre Kevlar non traitée ne conserve que 75 % de sa résistance à la traction après la même irradiation.
Un autre inconvénient du para-aramide comme renfort composite est sa faible résistance à la compression axiale. La résistance à la compression de l'aramide est généralement de 200 à 400 MPa, soit moins de 1/10 de sa résistance à la traction et bien inférieure à celle de la fibre de carbone (> 1,0 GPa), ce qui limite son application dans les matériaux composites et d'autres domaines. De nombreux chercheurs ont mené de nombreuses recherches pour améliorer la résistance à la compression axiale de l'aramide, notamment par un traitement thermique à plus de 400 °C pour réticuler les fibres. Bien que la résistance à la compression des fibres ait été multipliée par plus de 2,5 après traitement thermique, leur résistance à la traction a été fortement réduite, ce qui indique que la chaîne macromoléculaire s'est accompagnée d'une certaine dégradation pendant le traitement thermique. Certains chercheurs ont également introduit directement des groupes réticulables dans la chaîne macromoléculaire par copolymérisation. Tao Jiang et al. ont introduit la structure benzocyclobutène (XTA), réticulable à haute température, dans la chaîne macromoléculaire PPTA par copolymérisation. Au-dessus de 320 °C, la structure du benzocyclobutène a commencé à se réticuler, et le degré de réticulation a progressivement augmenté avec l'augmentation de la température et de la durée du traitement thermique. Après un traitement de la fibre PPTA-co-XTA à 330 °C pendant 10 secondes, un grand nombre de structures microfibrillées étaient encore présentes à l'intérieur ; en revanche, après un traitement à 410 °C pendant 120 secondes, la section transversale de la fibre était plate et lisse, et aucune structure microfibrillée n'a été détectée, indiquant l'apparition d'une importante structure de réticulation entre les microfibrilles. Cependant, les essais de propriétés mécaniques ont montré une diminution significative de la résistance à la traction de la fibre après réticulation. En effet, le processus de réticulation à haute température entraîne inévitablement une certaine dégradation, ce qui entraîne une diminution de la résistance à la traction.
Schéma du principe de modification de la surface TiO2 de la para-fibre pour améliorer la résistance aux UV
Certains ont également proposé de revêtir la surface de la fibre d'une couche de matériau inorganique à haute résistance à la compression, comme le SiC. Cependant, le revêtement lui-même affecte la mouillabilité de la fibre par la résine, et son épaisseur affecte sa ténacité. Une autre méthode couramment utilisée consiste à introduire des liaisons hydrogène entre les molécules. Par exemple, la fibre Armos produite en Russie est copolymérisée ternairement par l'introduction de monomères diamines à structure benzimidazole. Les liaisons hydrogène entre les chaînes macromoléculaires sont améliorées, et sa résistance à la compression est 1,39 fois supérieure à celle de la fibre aramide VICWA. Cependant, l'amélioration de la résistance à la compression du para-aramide reste un problème majeur.
Un autre inconvénient du para-aramide utilisé comme renfort composite est sa faible adhérence à la résine de la matrice, ce qui nécessite une modification de la surface de la fibre. Les méthodes courantes incluent le greffage chimique, le traitement au plasma, l'irradiation, la gravure chimique et la fluoration directe, parmi lesquelles la fluoration directe est une méthode de traitement de surface relativement efficace apparue ces dernières années.
