Việc ứng dụng para-aramid gặp phải ba vấn đề chính: khả năng chống tia UV kém, cường độ nén dọc trục thấp và độ bám dính kém với nhựa. Những nhược điểm này hạn chế việc ứng dụng para-aramid trong vật liệu composite và các lĩnh vực khác.
Việc ứng dụng para-aramid gặp phải ba vấn đề chính: khả năng chống tia UV kém, cường độ nén dọc trục thấp và độ bám dính kém với nhựa. Những nhược điểm này hạn chế việc ứng dụng para-aramid trong vật liệu composite và các lĩnh vực khác.
Lĩnh vực ứng dụng của para-aramid xác định rằng việc sử dụng ngoài trời trong thời gian dài là không thể tránh khỏi, vì vậy việc cải thiện khả năng chống tia UV của nó là rất quan trọng. Khả năng chống tia UV kém của aramid là do sự hiện diện của một số lượng lớn các vòng benzen và nhóm cacbonyl trong cấu trúc. Cấu trúc liên hợp này hấp thụ năng lượng UV và làm phá vỡ liên kết amit. Có nhiều nghiên cứu về việc cải thiện khả năng chống tia UV của aramid. Các phương pháp phổ biến bao gồm phủ bề mặt sợi, ghép chất hấp thụ UV hoặc chất che chắn UV, v.v. Ví dụ, TiO2 và ZnO được đưa vào bề mặt sợi. Nguyên tắc là phân tán tia UV qua TiO2 hoặc ZnO, do đó làm giảm sự hấp thụ tia UV của thân sợi. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng sau 168 giờ chiếu xạ UV, sợi Kevlar có nano-TiO2 được ghép trên bề mặt vẫn có thể duy trì 90% độ bền kéo, trong khi sợi Kevlar chưa xử lý chỉ có thể duy trì 75% độ bền kéo sau cùng một lần chiếu xạ.
Một nhược điểm khác của para-aramid khi làm vật liệu gia cường composite là cường độ nén dọc trục thấp. Cường độ nén của aramid thường là 200~400MPa, nhỏ hơn 1/10 cường độ kéo của nó và thấp hơn nhiều so với cường độ nén của sợi carbon (>1,0GPa), điều này hạn chế ứng dụng của nó trong vật liệu composite và các lĩnh vực khác. Nhiều học giả đã tiến hành nhiều nghiên cứu để cải thiện cường độ nén dọc trục của aramid, chẳng hạn như xử lý nhiệt trên 400°C để liên kết ngang các sợi. Mặc dù cường độ nén của sợi tăng hơn 2,5 lần sau khi xử lý nhiệt, nhưng cường độ kéo của nó lại giảm đi đáng kể, cho thấy chuỗi đại phân tử đi kèm với một mức độ phân hủy nhất định trong quá trình xử lý nhiệt. Một số nhà nghiên cứu cũng trực tiếp đưa các nhóm có thể liên kết ngang vào chuỗi đại phân tử thông qua quá trình đồng trùng hợp. Tao Jiang và cộng sự đã đưa cấu trúc benzocyclobutene (XTA) có thể liên kết ngang ở nhiệt độ cao vào chuỗi đại phân tử PPTA thông qua quá trình đồng trùng hợp. Trên 320°C, cấu trúc benzocyclobutene bắt đầu liên kết chéo, và mức độ liên kết chéo tăng dần theo sự gia tăng của nhiệt độ xử lý nhiệt và thời gian xử lý nhiệt. Sau khi sợi PPTA-co-XTA được xử lý ở 330°C trong 10 giây, một số lượng lớn các cấu trúc vi sợi vẫn còn hiện diện bên trong sợi; tuy nhiên, sau khi được xử lý ở 410°C trong 120 giây, mặt cắt ngang của sợi phẳng và mịn, và không phát hiện thấy cấu trúc vi sợi nào, cho thấy một cấu trúc liên kết chéo lớn đã xuất hiện giữa các vi sợi. Tuy nhiên, thử nghiệm tính chất cơ học cho thấy độ bền kéo của sợi giảm đáng kể sau khi liên kết chéo. Điều này là do quá trình liên kết chéo ở nhiệt độ cao chắc chắn sẽ dẫn đến một mức độ thoái hóa nhất định, khiến độ bền kéo giảm.
Sơ đồ nguyên lý biến tính bề mặt TiO2 của sợi para để cải thiện khả năng chống tia UV
Một số người cũng đề xuất phủ một lớp vật liệu vô cơ có cường độ nén cao, chẳng hạn như SiC, lên bề mặt sợi. Tuy nhiên, bản thân lớp phủ sẽ ảnh hưởng đến khả năng thấm ướt của sợi với nhựa, và độ dày của lớp phủ sẽ ảnh hưởng đến độ dẻo dai của sợi. Một phương pháp thường được sử dụng khác là tạo ra các tương tác liên kết hydro giữa các phân tử. Ví dụ, sợi Armos sản xuất tại Nga được đồng trùng hợp ba thành phần bằng cách đưa vào các monome diamine có cấu trúc benzimidazole. Các tương tác liên kết hydro giữa các chuỗi đại phân tử được tăng cường, và cường độ nén của nó gấp 1,39 lần so với sợi aramid VICWA. Tuy nhiên, việc cải thiện hơn nữa cường độ nén của para-aramid vẫn là một vấn đề lớn.
Một nhược điểm khác của para-aramid được sử dụng làm vật liệu gia cường composite là độ bám dính kém với nhựa nền, đòi hỏi phải xử lý bề mặt sợi. Các phương pháp phổ biến bao gồm ghép hóa học, xử lý plasma, xử lý chiếu xạ, khắc hóa học và fluor hóa trực tiếp, trong đó công nghệ fluor hóa trực tiếp là một phương pháp xử lý bề mặt tương đối hiệu quả đã xuất hiện trong những năm gần đây.
