La aplicación de la para-aramida se enfrenta a tres problemas principales: baja resistencia a la radiación UV, baja resistencia a la compresión axial y baja adhesión a la resina. Estas deficiencias limitan su aplicación en materiales compuestos y otros campos.
La aplicación de la para-aramida se enfrenta a tres problemas principales: baja resistencia a la radiación UV, baja resistencia a la compresión axial y baja adhesión a la resina. Estas deficiencias limitan su aplicación en materiales compuestos y otros campos.
El campo de aplicación de la para-aramida exige su uso prolongado en exteriores, por lo que es fundamental mejorar su resistencia a los rayos UV. Esta baja resistencia a los rayos UV se debe a la presencia de una gran cantidad de anillos de benceno y grupos carbonilo en su estructura. Esta estructura conjugada absorbe la energía UV y provoca la ruptura del enlace amida. Existen numerosos estudios para mejorar la resistencia a los rayos UV de la aramida. Los métodos más comunes incluyen el recubrimiento de la superficie de la fibra, la incorporación de absorbentes UV o agentes de protección UV, etc. Por ejemplo, se introduce TiO₂ y ZnO en la superficie de la fibra. El principio consiste en dispersar los rayos UV a través de TiO₂ o ZnO, reduciendo así su absorción por la fibra. Estudios han demostrado que, tras 168 horas de exposición a rayos UV, la fibra de Kevlar con nano-TiO₂ injertada en la superficie conserva el 90 % de su resistencia a la tracción, mientras que la fibra de Kevlar sin tratar solo conserva el 75 % de su resistencia a la tracción tras la misma exposición.
Otra desventaja de la para-aramida como refuerzo compuesto es su baja resistencia a la compresión axial. La resistencia a la compresión de la aramida es generalmente de 200 a 400 MPa, que es menos de 1/10 de su resistencia a la tracción y mucho menor que la resistencia a la compresión de la fibra de carbono (>1,0 GPa), lo que limita su aplicación en materiales compuestos y otros campos. Muchos académicos han realizado una gran cantidad de investigaciones para mejorar la resistencia a la compresión axial de la aramida, como el tratamiento térmico por encima de 400 °C para reticular las fibras. Si bien la resistencia a la compresión de las fibras aumentó en más de 2,5 veces después del tratamiento térmico, su resistencia a la tracción se redujo considerablemente, lo que indica que la cadena macromolecular estuvo acompañada de cierto grado de degradación durante el proceso de tratamiento térmico. Algunos investigadores también introdujeron directamente grupos reticulables en la cadena macromolecular mediante copolimerización. Tao Jiang et al. Introdujeron la estructura de benzociclobuteno (XTA) que puede reticularse a alta temperatura en la cadena macromolecular de PPTA mediante copolimerización. Por encima de 320 °C, la estructura del benzociclobuteno comenzó a reticularse, y el grado de reticulación aumentó gradualmente con el aumento de la temperatura y el tiempo del tratamiento térmico. Tras tratar la fibra PPTA-co-XTA a 330 °C durante 10 s, aún se observó una gran cantidad de estructuras microfibriladas en su interior. Sin embargo, tras tratarla a 410 °C durante 120 s, la sección transversal de la fibra era plana y lisa, sin detectarse ninguna estructura microfibrilada, lo que indica la aparición de una gran estructura de reticulación entre las microfibrillas. No obstante, la prueba de propiedades mecánicas mostró que la resistencia a la tracción de la fibra disminuyó significativamente tras la reticulación. Esto se debe a que el proceso de reticulación a alta temperatura conlleva inevitablemente cierto grado de degradación, lo que provoca una disminución de la resistencia a la tracción.
Diagrama esquemático del principio de modificación de la superficie de TiO2 de la parafibra para mejorar la resistencia a los rayos UV
Algunas personas también han propuesto recubrir la superficie de la fibra con una capa de material inorgánico con alta resistencia a la compresión, como el SiC. Sin embargo, el propio recubrimiento afectará la humectabilidad de la fibra con la resina, y su espesor afectará su tenacidad. Otro método común consiste en introducir enlaces de hidrógeno entre moléculas. Por ejemplo, la fibra Armos, producida en Rusia, se copolimeriza ternariamente mediante la introducción de monómeros de diamina con estructura de benzimidazol. Se mejoran los enlaces de hidrógeno entre las cadenas macromoleculares, y su resistencia a la compresión es 1,39 veces superior a la de la fibra de aramida VICWA. Sin embargo, mejorar aún más la resistencia a la compresión de la para-aramida sigue siendo un problema importante.
Otra desventaja de la para-aramida utilizada como refuerzo compuesto es su baja adhesión a la resina matriz, lo que requiere la modificación de la superficie de la fibra. Los métodos comunes incluyen el injerto químico, el tratamiento con plasma, el tratamiento por irradiación, el grabado químico y la fluoración directa, entre los cuales la fluoración directa es un método de tratamiento de superficies relativamente eficaz que ha surgido en los últimos años.
