PBO纖維水洗及熱處理工藝研究.pdf

1、聚苯撐苯并二噁唑（PBO）纖維具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性與卓越的力學性能，在高性能復合材料領域已獲得了廣泛應用。在 PBO的生產過程中，水洗和熱處理是影響纖維性能的重要工藝環(huán)節(jié)。
　　本文以DAR和TPA為原料進行了PBO聚合物的制備，并在自行設計的紡絲裝置上完成了 PBO纖維的紡制。選用不同的水洗介質對制得的 PBO初生纖維進行了水洗，通過改變水洗條件研究了不同水洗時間和介質對纖維中殘留磷含量和力學性能的影響，同時進行了超聲波水洗應用于

2、PBO水洗的嘗試。
　　采用電感耦合等離子體原子發(fā)射法（ICP）對水洗樣品進行了磷含量測試，發(fā)現水洗能夠有效去除殘留的多聚磷酸，基本可以達到磷含量≤0.8％的要求。同時對超聲波處理后的樣品進行測試發(fā)現超聲波水洗除磷的效果更好，效率更高。隨著磷含量下降，纖維力學性能也有了一定程度的提高。實驗還發(fā)現采用稀堿溶液水洗或者超聲時間過長均會造成纖維力學性能的降低。除磷效果和成本分析表明超聲波水洗應用于PBO纖維水洗是可行的。
　　對水

3、洗后的 PBO纖維進行了熱處理，設置不同的熱處理溫度和時間，對處理后的樣品進行了傅里葉紅外光譜分析、磷含量分析、X射線衍射分析。發(fā)現張力熱處理可以促進 PBO分子的環(huán)化反應，提高分子鏈的規(guī)律性和共軛體系中聚合物鏈的長度，使纖維的結晶和取向得到改善，缺陷減少。通過掃描電鏡分析和微脫粘測試發(fā)現熱處理能夠使纖維表面粗糙化，提高和環(huán)氧樹脂復合材料的界面剪切強度（IFSS），最高可以提高40%。
　　力學性能測試發(fā)現，熱處理能夠顯著提高纖維

4、的力學性能，但對于模量的影響更加顯著，550℃下處理的纖維模量可以達到167GPa，較初生纖維的112GPa提高了近50%，斷裂強度最多只有7%左右的提升。提高熱處理溫度、延長熱處理時間均能提高 PBO纖維的力學性能，但過高的溫度、過長的時間則會使力學性能降低。
　　為了確定最佳的熱處理工藝條件，利用遺傳算法對熱處理工藝參數進行了優(yōu)化。首先采用多元回歸分析的方法建立了目標的數學模型，然后運用遺傳算法對擬合的模型進行求解，得到最優(yōu)的