聚苯撐苯并二噁唑液晶離聚物(SPBO)的制備及結(jié)構(gòu)性能研究.pdf

1、聚苯撐苯并二噁唑(PBO)纖維是一種新型高強度、高模量的高性能纖維材料,并且具有優(yōu)異的耐高溫及阻燃特性,有“超級纖維”的美譽。但PBO纖維表面光滑,缺少極性基團,導(dǎo)致了纖維與樹脂基體的界面粘結(jié)性能較差,界面剪切強度低,嚴(yán)重地制約了其在高性能纖維增強復(fù)合材料中的應(yīng)用。另外,PBO的抗紫外光性也存在問題。通過在PBO大分子鏈上引入離子基團的方法,設(shè)計了聚苯撐苯并二噁唑液晶離聚物(SPBO)大分子結(jié)構(gòu)式,采用共聚合工藝即在聚合過程中添加少量5

2、-磺酸鈉-間苯二甲酸(SIPA)代替部分對苯二甲酸(TPA)與4,6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽(DAR)進行共聚,得到了改性離聚物SPBO。
　　 以自制的DAR和市售的TPA、SIPA為原料,首次成功制備了不同離子基團(-NaSO3)含量的SPBO聚合物,當(dāng)離子基團含量較小時,可以獲得較高分子質(zhì)量的SPBO離聚物(特性粘度為25.23dL/g)。通過紅外光譜、元素分析等證明了所合成產(chǎn)物即為期望結(jié)構(gòu)的SPBO。初步摸索出了聚合過程中

3、影響SPBO分子質(zhì)量的因素,其中TPA的粒徑、PPA中P2O5的含量等對聚合有較大影響,通過采用本課題組前期發(fā)明的加壓脫除HCl的工藝和新型雙螺帶式攪拌器以及利用反應(yīng)擠出——液晶紡絲一體化工藝成功制備了高分子質(zhì)量的SPBO聚合物并紡絲成型了不同離子含量的SPBO纖維。SPBO纖維的拉伸強度比PBO有所降低,但熱穩(wěn)定性能更加優(yōu)良。通過X射線衍射、拉曼光譜分析和密度測定研究了離子基團含量、紡絲速度對SPBO纖維聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的影響,結(jié)果表明隨著

4、離子基團含量的增加,纖維的結(jié)晶程度、取向度及密度均有所降低。借助SEM觀察發(fā)現(xiàn),用稀磷酸作為凝固浴時,凝固成型更加緩和,纖維表面結(jié)構(gòu)更加致密,也有利提高纖維的拉伸強度。
　　 通過液體與纖維表面接觸角的測定、XPS、內(nèi)反射紅外光譜分析研究了SPBO纖維的表面性能。接觸角的測定結(jié)果說明,離子基團(-NaSO3)引入大分子主鏈之后,SPBO纖維對水、乙醇和丙酮的浸潤性能得到改善,接觸角減小,表面自由能從35.5 mJ/m2增加到40

5、.3mJ/m2。XPS分析表明,SPBO纖維表面上O、N元素含量都明顯提高,且N元素含量增幅較大。內(nèi)反射紅外光譜分析得出SPBO纖維表面OH的含量要高于PBO纖維表面。利用微脫粘測試和SEM觀察研究了SPBO纖維/環(huán)氧樹脂的界面粘結(jié)性能,SPBO纖維/環(huán)氧樹脂的界面剪切強度較PBO/環(huán)氧樹脂的界面剪切強度增加了23％,達到了10.1MPa,復(fù)合材料破壞形貌的SEM分析也顯示出纖維界面粘結(jié)性能明顯改善,由原來界面破壞變成復(fù)合材料基體的部分