超臨界流體對PBO纖維表面改性處理的研究.pdf

1、通過液晶紡絲得到的聚對苯撐苯并二噁唑（PBO）纖維具有高比強度、高比模量、低密度、耐燒蝕、耐高溫等優(yōu)異性能，因而是一種理想的復合材料增強體。但是由于其表面光滑，活性官能團含量少，PBO纖維與樹脂之間的界面粘接性能較差，因此對其進行表面改性是非常有必要的。
　　鑒于超臨界流體臨界區(qū)的特性，選用其作為介質(zhì)對PBO纖維進行處理改性實驗。本文主要通過兩個方面進行研究：一是通過超臨界二氧化碳（scCO2）臨界區(qū)的處理使PBO纖維的本體強度得

2、到增強；二是通過超臨界苯胺+環(huán)己烷體系處理使PBO纖維界面粘接性能增加。
　　實驗首先通過熱力學的方法確定混合介質(zhì)的臨界操作參數(shù)，并通過控制臨界區(qū)域內(nèi)波動頻率和波動幅度來控制實驗的可重復性。經(jīng)過scCO2對纖維在臨界區(qū)進行處理后，發(fā)現(xiàn)處理后的PBO纖維的單絲拉伸強度比未處理提高9.71％，拉伸模量提高6.54%；熱失重（TG）的分析表明處理后PBO纖維的熱分解溫度由650℃提高到700℃，等溫TG反映出處理后的PBO纖維熱分解速率

3、降低一半并且最終殘留率提高2.2倍，由此可見處理后的PBO纖維的耐熱性能得到了提高；XRD表明纖維的結(jié)晶度提高3.18%，處理樣的晶粒比未處理樣的晶粒平均增大9.69%，由此可見scCO2的處理可以提高了纖維的結(jié)晶度，使晶粒長大，從而使纖維的力學性能和耐熱性能提高。為了驗證scCO2處理方法的普適性，實驗對碳纖維T700進行了處理，發(fā)現(xiàn)處理樣的拉伸強度比未處理的提高13.39%，拉伸強度與拉伸模量的分散性減小，從而證明了scCO2臨界區(qū)

4、處理是一種對纖維本體強度增強的低溫后處理方法，該方法具有很大的實際應用價值。通過微觀分析發(fā)現(xiàn)拉伸強度的增加主要是由于平均再取向次數(shù)增加所致，并通過模型建立了通過結(jié)晶度計算模量的經(jīng)驗公式。
　　實驗還研究了表面涂層對纖維表面粘接性能的影響，在此基礎上又研究了scCO2處理對PBO纖維表面粘接性能的影響，發(fā)現(xiàn)總體上均為降低，但在scCO2中引入氨水后發(fā)現(xiàn)纖維的粘接性能與抽提處理相比有所提高。此后實驗研究了堿性介質(zhì)體系超臨界苯胺+環(huán)己烷

5、處理對PBO纖維表面粘接強度的影響。經(jīng)超臨界苯胺+環(huán)己烷處理的PBO纖維制備的復合材料再經(jīng)scCO2后處理之后ILSS值由原來的42.52MPa最高提高到58.84MPa，提高38.38%，通過單絲拔出儀測試得到的IFSS值由未處理樣的38.95MPa提高到63.73MPa，平均提高63.62%。通過處理前后纖維與環(huán)氧樹脂的接觸角降低6.3°，表明環(huán)氧樹脂在纖維上的浸潤性提高，鋪展性變好。結(jié)合第一方面的研究結(jié)果，把scCO2處理作為一種