聚苯撐苯并二噁唑改性聚合物的制備及結(jié)構(gòu)性能的研究.pdf

1、聚對苯撐苯并二噁唑(PBO)纖維具有具有高強(qiáng)、高模、耐高溫及阻燃等優(yōu)異特性,具有巨大的應(yīng)用前景。但PBO纖維表面光滑,親水性差,表面自由能較小,同時纖維與樹脂基體的界面粘結(jié)性能較差,嚴(yán)重地制約了其在高性能纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中的應(yīng)用。因此,通過PBO纖維的表面改性,提高PBO纖維的表面自由能和與樹脂基體的界面粘結(jié)性能具有重要意義。
　　本文通過共聚合在PBO剛性大分子鏈上引入磺酸基團(tuán),以增加PBO纖維的極性,改善其表面性能。首先以4,

2、4’-二苯醚二甲酸(ODBA)為原料,通過磺化反應(yīng)成功地合成了2,2’-二磺酸-4,4’-二苯醚二甲酸(SODBA),然后以SODBA和TPA、DAR為單體,在多聚磷酸(PPA)中共縮聚制備了不同磺酸基團(tuán)含量的改性PBO液晶聚合物DSPBO,通過紅外光譜、元素分析等方法證實了聚合物的結(jié)構(gòu)。將聚合得到的DSPBO/PPA液晶溶液經(jīng)干噴濕紡工藝成型了DSPBO纖維,并對其力學(xué)性能、結(jié)晶形態(tài)、特性粘度進(jìn)行了測試。DSPBO纖維液晶形態(tài)類似于P

3、BO,力學(xué)性能和特性粘度略有下降。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(tuán)含量對DSPBO纖維聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的影響,結(jié)果表明隨著離子基團(tuán)含量的增加,纖維的結(jié)晶程度、取向度及密度均有所降低。通過液體與纖維表面接觸角測試和衰減全反射紅外光譜(ATR-FTIR),研究了DSPBO纖維的表面性能。接觸角的測試結(jié)果表明,磺酸基團(tuán)(-SO3H)引入大分子主鏈之后,DSPBO纖維對水和乙醇的浸潤性能得到改善,接觸角減小,表面自由能增加,且磺酸

4、基團(tuán)含量越大,改善效果越明顯。DSPBO-1％纖維與水的接觸角從PBO的71.4°減小到52.1°,DSPBO-3%纖維的接觸角減小到了46.7°;DSPBO-1%纖維的表面自由能從PBO的35.5mJ/m2增大到48.67mJ/m2;DSPBO-3%纖維的表面自由能增至53.46mJ/m2。衰減全反射紅外光譜分析得出DSPBO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研究了DSPBO纖維/環(huán)氧樹脂的界面粘結(jié)性能,D

5、SPBO纖維/環(huán)氧樹脂的界面剪切強(qiáng)度較PBO/環(huán)氧樹脂的界面剪切強(qiáng)度增加了31.7%,達(dá)到了10.8MPa。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)合材料基體的部分破壞?？疾炝薖BO、DSPBO纖維在紫外加速老化條件下的紫外穩(wěn)定性能。DSPBO-3%纖維在紫外照射310小時后的強(qiáng)度保持率為63.75%,而PBO纖維為44.17%,PBO經(jīng)紫外光照射后粘度的變化最大,照射310小時后特性粘度下降2