Fe（Ⅲ）配位PBO纤维的设计制备及其耐紫外性能研究
发布时间：2021-07-08 16:34
PBO纤维具有密度小、强度大、模量高、耐高温等优点,同时也存在着表面化学惰性、横向抗压缩性能差和紫外耐受性差的缺点,抗紫外性能差是造成PBO纤维在使用中损耗的最重要原因,阻碍PBO纤维的更广泛应用。近年来PBO纤维抗紫外性能的研究受到了研究者的广泛关注,目前虽有大量文献针对PBO纤维抗紫外光性能差的缺陷进行改性,但这些改性方法存在对纤维损伤较大、改性步骤繁琐、改性效果不持久等缺点。本论文通过直接配位Fe3+离子和以金属有机框架（ZIF8和ZIF8/67）为媒介配位Fe3+离子的方法对PBO纤维表面实施改性,利用Fe3+离子的荧光效应增强PBO纤维的抗紫外性能,同时此改性策略作用条件温和,对纤维力学性能损伤小。本论文首先设计合成了两种金属有机框架ZIF8和ZIF8/67,并探究了具有最佳形貌和最适粒径的合成条件。探究结果表明,当金属盐浓度为0.25 mol/L、2-甲基咪唑浓度为1.00 mol/L、振荡频率为120 r/min,温度为25°C室温时可以合成具有最佳形貌和粒径的ZIF8（730 nm）和ZIF8/67（94...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PBO纤维结构单元的分子式但与此同时、PBO纤维也具有一些缺陷，例如：表面光滑，表面化学惰性
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-1.2.2PBO纤维的表面改性方法1.2.2.1化学刻蚀处理PBO纤维的化学刻蚀常选用强酸来进行，刻蚀后的纤维可以获得更大的剪切强度值，但纤维的结晶结构会被破坏，使纤维的机械强度下降。赵蕾[15]等人使用混酸来对PBO纤维进行改性，用浓度为60%的甲基磺酸(MSA)溶液和浓度为60%的硫酸配成混酸溶液，常温下将PBO纤维置于混酸中，刻蚀后的PBO纤维表面在SEM下观察出了明显的凸起和沟槽。当混酸比例为2:1，处理时间为6h时，与未改性的PBO纤维相比，刻蚀后的PBO纤维与环氧树脂的IFSS值提高了28.1%，拉伸强度降低了16.8%；当混酸比例为1:2，处理时间为8h时，刻蚀后的PBO纤维与环氧树脂的IFSS值提高了36.3%，拉伸强度值下降了2.8%。1.2.2.2偶联剂处理偶联剂处理是指将一层偶联剂分子附着在PBO纤维的表面，从而把偶联剂的活性基团引到纤维表面，达到提高纤维与树脂基之间IFSS值的目的。优点是对纤维力学强度损伤小而且可以引入特定的官能团，缺点是纤维与偶联剂结合之前需要经过预处理，工艺的复杂程度有所增加。Gu[16]等人通过超声振动辅助研究了γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-560)硅烷偶联剂对聚对苯二甲酸2,6-苯并二噁唑(HMPBO)纤维的表面改性(结合方式如图1-2所示)。结果表明，经过KH-560处理后，极性羟基被成功引入到HMPBO纤维表面，增加了HMPBO纤维的表面粗糙度。此外，处理后的HMPBO纤维机械强度保持率良好，HMPBO纤维的单丝拔出强度从0.94MPa提高至1.07MPa。图1-2硅烷偶联剂改性PBO纤维的流程[16]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-5-低，纤维的钩力增加14.0%，力学强度几乎没有损失，辐射后PBO纤维复合材料的纳米压缩模量和弯曲强度也分别增加了21.0%和22.7%。图1-3γ射线辐射改性PBO纤维的机理[22]1.2.2.6超临界流体处理超临界流体是指，将处于气态平衡的物质升温升压，直至其气液两相界面消失所得到的状态。超临界流体同时具备气体与液体的优点，而且对环境污染小，但这种方法目前报道较少，而且不利于量产。改性原理是：这一状态下物质的物理性质会发生很大变化，可以是使PBO纤维表面产生多种活性基团。刘长兴[23]利用超临界二氧化碳(scCO2)对PBO纤维进行改性，处理后纤维的单丝拉伸强度增加了9.71%，拉伸模量提高了6.54%，分解温度由650°C提升至700°C。1.2.2.7生物载体处理生物载体处理是指将生物酶引入到PBO纤维表面，对其表面进行改性。该方法因为反应条件温和、对纤维损伤孝对环境污染小，近年来受到研究人员的关注，但该方法尚不成熟，还存在着处理时间长、改性效果有限等缺点。Wang[24]等人利用过氧化物酶和过氧化氢对PBO纤维进行表面改性，其改性过程如图1-4所示。结果表明，改性后的PBO纤维与乙二醇的接触角减小，X射线光电子能谱也表明一种新的碳(酯基中的碳)结合在纤维表面，在PBO纤维上负载了活性基团。
【参考文献】：
期刊论文
[1]PBO纤维复合材料的研究及进展[J]. 刘夏清,邹德华,牛捷,刘兰兰,李稳,李芝华,李慧. 工程塑料应用. 2017(03)
[2]紫外光照射对PBO纤维结构与性能的影响[J]. 霍倩,谭艳君,刘姝瑞,马佳利. 合成纤维工业. 2016(02)
[3]等离子体处理对PBO纤维强度及形态的影响[J]. 张莹,马新安,蔡普宁. 棉纺织技术. 2014(02)
[4]可溶性聚酰亚胺涂覆PBO纤维的抗紫外老化性能[J]. 张娜,杨胜林,金俊弘,李光. 东华大学学报(自然科学版). 2012(06)
[5]电晕处理对高性能PBO纤维的表面性能及其界面粘接性能的影响[J]. 王斌,金志浩,丘哲明,刘爱华. 复合材料学报. 2003(04)
[6]PBO纤维表面空气冷等离子体改性[J]. 李瑞华,黄玉东,龙军,刘立洵. 复合材料学报. 2003(03)
博士论文
[1]PBO纤维/环氧复合材料界面相的引入及对原子氧的防护[D]. 陈磊.哈尔滨工业大学 2015
[2]PBO纤维表面耐紫外涂层的制备及其光老化性能研究[D]. 宋波.哈尔滨工业大学 2013
硕士论文
[1]界面自修复PBO纤维复合材料的制备与表征[D]. 于龙.哈尔滨工业大学 2019
[2]采用α-TDMACuPc改性PBO纤维及其耐紫外老化性能的研究[D]. 王伟平.哈尔滨工业大学 2018
[3]聚苯撑苯并二噁唑改性聚合物的制备及结构性能的研究[D]. 曹佳.东华大学 2010
[4]超临界流体对PBO纤维表面改性处理的研究[D]. 刘大兴.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3271933
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PBO纤维结构单元的分子式但与此同时、PBO纤维也具有一些缺陷，例如：表面光滑，表面化学惰性
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-1.2.2PBO纤维的表面改性方法1.2.2.1化学刻蚀处理PBO纤维的化学刻蚀常选用强酸来进行，刻蚀后的纤维可以获得更大的剪切强度值，但纤维的结晶结构会被破坏，使纤维的机械强度下降。赵蕾[15]等人使用混酸来对PBO纤维进行改性，用浓度为60%的甲基磺酸(MSA)溶液和浓度为60%的硫酸配成混酸溶液，常温下将PBO纤维置于混酸中，刻蚀后的PBO纤维表面在SEM下观察出了明显的凸起和沟槽。当混酸比例为2:1，处理时间为6h时，与未改性的PBO纤维相比，刻蚀后的PBO纤维与环氧树脂的IFSS值提高了28.1%，拉伸强度降低了16.8%；当混酸比例为1:2，处理时间为8h时，刻蚀后的PBO纤维与环氧树脂的IFSS值提高了36.3%，拉伸强度值下降了2.8%。1.2.2.2偶联剂处理偶联剂处理是指将一层偶联剂分子附着在PBO纤维的表面，从而把偶联剂的活性基团引到纤维表面，达到提高纤维与树脂基之间IFSS值的目的。优点是对纤维力学强度损伤小而且可以引入特定的官能团，缺点是纤维与偶联剂结合之前需要经过预处理，工艺的复杂程度有所增加。Gu[16]等人通过超声振动辅助研究了γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-560)硅烷偶联剂对聚对苯二甲酸2,6-苯并二噁唑(HMPBO)纤维的表面改性(结合方式如图1-2所示)。结果表明，经过KH-560处理后，极性羟基被成功引入到HMPBO纤维表面，增加了HMPBO纤维的表面粗糙度。此外，处理后的HMPBO纤维机械强度保持率良好，HMPBO纤维的单丝拔出强度从0.94MPa提高至1.07MPa。图1-2硅烷偶联剂改性PBO纤维的流程[16]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-5-低，纤维的钩力增加14.0%，力学强度几乎没有损失，辐射后PBO纤维复合材料的纳米压缩模量和弯曲强度也分别增加了21.0%和22.7%。图1-3γ射线辐射改性PBO纤维的机理[22]1.2.2.6超临界流体处理超临界流体是指，将处于气态平衡的物质升温升压，直至其气液两相界面消失所得到的状态。超临界流体同时具备气体与液体的优点，而且对环境污染小，但这种方法目前报道较少，而且不利于量产。改性原理是：这一状态下物质的物理性质会发生很大变化，可以是使PBO纤维表面产生多种活性基团。刘长兴[23]利用超临界二氧化碳(scCO2)对PBO纤维进行改性，处理后纤维的单丝拉伸强度增加了9.71%，拉伸模量提高了6.54%，分解温度由650°C提升至700°C。1.2.2.7生物载体处理生物载体处理是指将生物酶引入到PBO纤维表面，对其表面进行改性。该方法因为反应条件温和、对纤维损伤孝对环境污染小，近年来受到研究人员的关注，但该方法尚不成熟，还存在着处理时间长、改性效果有限等缺点。Wang[24]等人利用过氧化物酶和过氧化氢对PBO纤维进行表面改性，其改性过程如图1-4所示。结果表明，改性后的PBO纤维与乙二醇的接触角减小，X射线光电子能谱也表明一种新的碳(酯基中的碳)结合在纤维表面，在PBO纤维上负载了活性基团。
【参考文献】：
期刊论文
[1]PBO纤维复合材料的研究及进展[J]. 刘夏清,邹德华,牛捷,刘兰兰,李稳,李芝华,李慧. 工程塑料应用. 2017(03)
[2]紫外光照射对PBO纤维结构与性能的影响[J]. 霍倩,谭艳君,刘姝瑞,马佳利. 合成纤维工业. 2016(02)
[3]等离子体处理对PBO纤维强度及形态的影响[J]. 张莹,马新安,蔡普宁. 棉纺织技术. 2014(02)
[4]可溶性聚酰亚胺涂覆PBO纤维的抗紫外老化性能[J]. 张娜,杨胜林,金俊弘,李光. 东华大学学报(自然科学版). 2012(06)
[5]电晕处理对高性能PBO纤维的表面性能及其界面粘接性能的影响[J]. 王斌,金志浩,丘哲明,刘爱华. 复合材料学报. 2003(04)
[6]PBO纤维表面空气冷等离子体改性[J]. 李瑞华,黄玉东,龙军,刘立洵. 复合材料学报. 2003(03)
博士论文
[1]PBO纤维/环氧复合材料界面相的引入及对原子氧的防护[D]. 陈磊.哈尔滨工业大学 2015
[2]PBO纤维表面耐紫外涂层的制备及其光老化性能研究[D]. 宋波.哈尔滨工业大学 2013
硕士论文
[1]界面自修复PBO纤维复合材料的制备与表征[D]. 于龙.哈尔滨工业大学 2019
[2]采用α-TDMACuPc改性PBO纤维及其耐紫外老化性能的研究[D]. 王伟平.哈尔滨工业大学 2018
[3]聚苯撑苯并二噁唑改性聚合物的制备及结构性能的研究[D]. 曹佳.东华大学 2010
[4]超临界流体对PBO纤维表面改性处理的研究[D]. 刘大兴.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3271933
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