二维碳材料/PBO复合纤维的制备及性能研究
发布时间：2020-12-16 11:37
聚对苯撑苯并双噁唑（PBO）纤维为刚性棒状液晶高分子,具有优异的力学性能,热稳定性能和阻燃效果,在航空航天先进结构复合材料领域有着广泛的应用。然而性能如此优异的PBO纤维仍存在一些缺点,如实际模量与理论计算模量差距较大,实际模量仅为理论模量的15%。因此,本文以提高PBO纤维的力学性能和耐热性能为主要目标。针对目前PBO纤维在制备过程中在聚合、纺丝、水洗和热处理等过程中存在的问题进一步优化PBO纤维制备工艺。同时,受到多壁碳纳米管（MWCNTs）增强PBO纤维的启发,结合二维碳材料的优异的力学性能和耐热性能,分别制备了纳米石墨片（NGO）,氧化石墨烯纳米带（GONRs）和氧化石墨烯（GO）-PBO复合纤维,着重分析三种不同复合纤维在结构与性能方面的差异。同时与传统MWCNTs增强PBO的复合纤维在性能方面进行对比,分析对PBO纤维性能增强效果的差异。另外,研究采用原位聚合方式与共混方式对制备PBO复合纤维在性能方面的差异,为制备性能更加优异的PBO复合纤维进行早期探索。通过研究PBO纤维在聚合、纺丝、水洗和热处理工艺参数,确定了最佳聚合和纺丝工艺条件。观察PBO聚合物在聚合过程粘度的变...
【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】：140 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
PBO分子结构式Fig.1-1MolecularstructureofPBO
图 1-2 美国航空航天局在国际空间站对不同聚合物进行腐蚀和污染实验[15](a) 实验前照片, (b) 实验后照片ig. 1-2 NASA’s experiment on different polymer erosion and contamination at the internatiospace station[15] Photograph of different polymer before testing, (b) Photograph of different polymer after te优异的综合性能决定 PBO 纤维多方面的应用前景。民用方面，作为绝缘料，PBO 纤维已经逐步替代传统的一些有机纤维，例如：石棉纤维或者等。PBO 纤维可以制造为耐热温度超过 350℃的垫材，如高温过滤材料护材料、耐热工作服、炉前工作服、焊接工作服等。结合耐磨性、高强性，在力学增强材料、耐腐蚀材料等方面应用广泛。包括建筑和桥梁等凝土加强筋，桥梁缆索，建筑物加固修复材料等[20]。在运输交通方面上 PBO 纤维可用于作为橡胶制品例如轮胎、运输带等的补强材料。在电子，PBO 纤维可用来制作电热线、印刷电路板、耳机线等软线，也可用在光缆的保护膜中。在日常运动器材应用方面，由于 PBO 纤维质轻高强，造高级弓弦、钓鱼竿、滑雪板、赛艇横梁外壳、自行车车架等器材，同制造各种安全手套、安全鞋、赛车服等防伤害保护服[21,22]。PBO 纤维在
哈尔滨工业大学工学博士学位论文体的官能团摩尔比含量不发生变化，最终聚合物分子量分布均一。基本思路 DAR 单体盐酸盐与对苯二甲酸直接反应，升高温度发生自缩聚过程，图 1-应方程式。该方法的优点在于免掉了单体去除氯化氢的过程，保护单体，节应时间。但是此方法的缺点在于由于氯化氢没有去除，在反应后期，由于粘加，氯化氢的排除变得困难，从而使反应不完全，聚合物分子量低。图 1-5 络合盐法合成 PBO聚合物Fig.1-5 Synthesis of PBO polymer by complex salt method.2.4三甲基硅烷基化法三甲基硅烷基化法[33]制备 PBO 聚合物，主要是将单体 DAR 与三甲基硅生成 N,N,O,O-均四三甲基硅氮烷。生成的中间体与对苯二甲酰氯进一步发反应，最终高温度闭环制备 PBO聚合物，图 1-6为制备方程式。
【参考文献】：
期刊论文
[1]PBO纤维成形过程中水洗工艺研究[J]. 江晓玲,杨胜林,金俊弘,李光,贾华明. 合成纤维工业. 2018(05)
[2]热处理对PBO纤维结构和性能的影响[J]. 江晓玲,未雨浓,杨胜林,金俊弘,李光,贾华明. 合成技术及应用. 2018(03)
[3]PBO纤维的老化与防护[J]. 姜婉嘉,王艳红,黎俊,刘丽,黄玉东. 合成纤维工业. 2018(02)
[4]聚对苯撑苯并双噁唑纤维改性技术的研究进展[J]. 卢姍姍,王艳红,胡桢,黄玉东. 合成纤维工业. 2018(01)
[5]PBO纤维的开发及应用[J]. 史纪友,李磊,缪金根,王贺团,沈志刚. 合成纤维工业. 2017(03)
[6]高性能纤维的性能及应用[J]. 孙晓婷,郭亚. 成都纺织高等专科学校学报. 2017(02)
[7]高性能纤维及其复合材料的研究与应用[J]. 郭云竹. 纤维复合材料. 2017(01)
[8]PBO纤维的性能及应用[J]. 董晓宁,尉霞,郭昌盛. 成都纺织高等专科学校学报. 2016(02)
[9]国产PBO纤维研究现状及发展趋势[J]. 郭玲,赵亮,胡娟,许伟,严家策. 高科技纤维与应用. 2014(02)
[10]高性能PBO纤维的开发和应用[J]. 李旭,王鸣义,钱军,朱刚,林雪梅. 合成纤维. 2010(06)
本文编号：2920073
【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】：140 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
PBO分子结构式Fig.1-1MolecularstructureofPBO
图 1-2 美国航空航天局在国际空间站对不同聚合物进行腐蚀和污染实验[15](a) 实验前照片, (b) 实验后照片ig. 1-2 NASA’s experiment on different polymer erosion and contamination at the internatiospace station[15] Photograph of different polymer before testing, (b) Photograph of different polymer after te优异的综合性能决定 PBO 纤维多方面的应用前景。民用方面，作为绝缘料，PBO 纤维已经逐步替代传统的一些有机纤维，例如：石棉纤维或者等。PBO 纤维可以制造为耐热温度超过 350℃的垫材，如高温过滤材料护材料、耐热工作服、炉前工作服、焊接工作服等。结合耐磨性、高强性，在力学增强材料、耐腐蚀材料等方面应用广泛。包括建筑和桥梁等凝土加强筋，桥梁缆索，建筑物加固修复材料等[20]。在运输交通方面上 PBO 纤维可用于作为橡胶制品例如轮胎、运输带等的补强材料。在电子，PBO 纤维可用来制作电热线、印刷电路板、耳机线等软线，也可用在光缆的保护膜中。在日常运动器材应用方面，由于 PBO 纤维质轻高强，造高级弓弦、钓鱼竿、滑雪板、赛艇横梁外壳、自行车车架等器材，同制造各种安全手套、安全鞋、赛车服等防伤害保护服[21,22]。PBO 纤维在
哈尔滨工业大学工学博士学位论文体的官能团摩尔比含量不发生变化，最终聚合物分子量分布均一。基本思路 DAR 单体盐酸盐与对苯二甲酸直接反应，升高温度发生自缩聚过程，图 1-应方程式。该方法的优点在于免掉了单体去除氯化氢的过程，保护单体，节应时间。但是此方法的缺点在于由于氯化氢没有去除，在反应后期，由于粘加，氯化氢的排除变得困难，从而使反应不完全，聚合物分子量低。图 1-5 络合盐法合成 PBO聚合物Fig.1-5 Synthesis of PBO polymer by complex salt method.2.4三甲基硅烷基化法三甲基硅烷基化法[33]制备 PBO 聚合物，主要是将单体 DAR 与三甲基硅生成 N,N,O,O-均四三甲基硅氮烷。生成的中间体与对苯二甲酰氯进一步发反应，最终高温度闭环制备 PBO聚合物，图 1-6为制备方程式。
【参考文献】：
期刊论文
[1]PBO纤维成形过程中水洗工艺研究[J]. 江晓玲,杨胜林,金俊弘,李光,贾华明. 合成纤维工业. 2018(05)
[2]热处理对PBO纤维结构和性能的影响[J]. 江晓玲,未雨浓,杨胜林,金俊弘,李光,贾华明. 合成技术及应用. 2018(03)
[3]PBO纤维的老化与防护[J]. 姜婉嘉,王艳红,黎俊,刘丽,黄玉东. 合成纤维工业. 2018(02)
[4]聚对苯撑苯并双噁唑纤维改性技术的研究进展[J]. 卢姍姍,王艳红,胡桢,黄玉东. 合成纤维工业. 2018(01)
[5]PBO纤维的开发及应用[J]. 史纪友,李磊,缪金根,王贺团,沈志刚. 合成纤维工业. 2017(03)
[6]高性能纤维的性能及应用[J]. 孙晓婷,郭亚. 成都纺织高等专科学校学报. 2017(02)
[7]高性能纤维及其复合材料的研究与应用[J]. 郭云竹. 纤维复合材料. 2017(01)
[8]PBO纤维的性能及应用[J]. 董晓宁,尉霞,郭昌盛. 成都纺织高等专科学校学报. 2016(02)
[9]国产PBO纤维研究现状及发展趋势[J]. 郭玲,赵亮,胡娟,许伟,严家策. 高科技纤维与应用. 2014(02)
[10]高性能PBO纤维的开发和应用[J]. 李旭,王鸣义,钱军,朱刚,林雪梅. 合成纤维. 2010(06)
本文编号：2920073
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