聚苯并唑类高性能纤维的结构设计与性能研究

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1、分类号：TQ342+.94单位代码：10110学号：S1504098中北大学硕士学位论文聚苯并唑类高性能纤维的结构设计与性能研究硕士研究生卢姍姍指导教师王艳红学科专业化学工程与技术2018年5月24日图书分类号TQ342+.94密级非密注1UDC_______________________________________________________________硕士学位论文聚苯并唑类高性能纤维的结构设计与性能研究卢姍姍指导教师（姓名、职称）王艳红副教授申请学位级别工学硕士专业名称化学工程与技术论文提交日期2018年6月6日论文答辩

2、日期2018年5月24日学位授予日期________年______月______日论文评阅人申近平教授、李裕副教授答辩委员会主席陈树伟教授2018年5月24日原創性声明本人邦重声明:所呈交的学位稔文ヮ是本人在指尋教師的指尋下ヮ独立逃行研究所取得的成果。除文中己姪注明引用的内容外ヮ本稔文不包含其他↑人或集体己姪友表或撰写道的科研成果。対本文的研究作出重要貢献的↑人和集体,均己在文中以明碗方式粽明。本声明的法律責任由本人承担。稔文作者釜名:2θl★、/・ι美子学位沿文使用枚的説明本人完全了解中北大学有美保管、使用学位稔文的規定,其中包括:①学

3、校有枚保管、井向有美部r可送交学位稔文的原件埼隻印件;②学校可以采用影印、縮印或其壱隻制手段隻制井保存学位沿文;③学校可允杵学位稔文被査開或借開;④学校可以学木交流力目的,隻制贈送和交換学位稔文;⑤学校可以公布学位沿文的全部或部分内容(保密学位沿文在解密后遵守此規定)。釜名:三之壷医ヒ盗圧

4、二日期:熟lシ、`v`尋師釜名:日期:九ル、ιιι中北大学学位论文聚苯并唑类高性能纤维的结构设计与性能研究摘要聚对苯撑苯并二噁唑（PBO）是具有延伸链构象的棒状聚合物，具有优异的热氧稳定性以及良好的耐水解性和耐溶剂性，PBO纤维具有优异的拉伸强度、拉伸

5、模量、耐磨性以及阻燃性，PBO纤维卓越的力学及热力学性能使其在高性能复合材料领域具有广泛的应用潜力。然而PBO纤维表面相对光滑且惰性大，导致纤维与树脂基体界面间的粘附力差，这严重限制了PBO在复合材料增强体中的应用；此外，PBO纤维的耐紫外稳定性非常差，在短时间的紫外光照射下，纤维性能会迅速下降。聚(2,5-二羟基-1,4-苯撑吡啶并二咪唑)(PIPD)纤维是基于PBO纤维开发出的苯并唑类高性能纤维，由于分子链上存在双向的氢键结构，侧链存在大量极性基团，PIPD纤维的压缩强度、界面性能及耐紫外性能都远远优于PBO纤维，但是由于目前国内对P

6、IPD的研究尚处于探索阶段，制备PIPD纤维力学强度远低于其理论强度，合成及纺丝工艺都尚未成熟。PIPD分子链刚性大、氢键结构致密的特点不仅赋予其优异的力学及热力学性能，同时也使得聚合物取向度低、纺丝性能差。为了增强PBO纤维的紫外稳定性及界面性能，通过将另一种刚性棒状的PIPD链段部分引入到PBO的主链中来制备PBO-PIPD嵌段共聚物，并通过干喷湿法纺丝从聚合溶液制备PBO-PIPD共聚纤维。纤维的动态接触角测试结果发现PBO-PIPD共聚纤维与乙二醇及水的接触角均有明显的减小，浸润性相对PBO纤维有着明显的提高；对PBO-PIPD共

7、聚纤维进行紫外老化试验，拉伸性能测试结果表明，辐照480h后共聚纤维的拉伸强度保持率相对于PBO纤维提高了30%左右，共聚纤维的表面破坏程度更小。针对PIPD纤维纺丝性能差及实际强度低的现状，本文通过引入第三单体4,4’-二氨基二苯醚(ODA)共聚合制备PIPD-ODA共聚纤维的方法在PIPD分子链中引入柔性基团C-O-C结构，PIPD-ODA共聚纤维的取向度相对PIPD纤维有一定的提高，共聚纤维的纺丝性相对PIPD纤维也有明显的提高，分子量测试表明共聚纤维的分子量相对PIPD纤维提高了6%左右，拉伸试验表明共聚纤维的拉伸强度及模量相对P

8、BO纤维分别提高了10%及8%。此外，本文研究了制备PIPD-ODA共聚物时ODA加入温度对聚合物分中北大学学位论文子量的影响，以及制备共聚纤维时纺丝速率对纤维质量的影响。通过FTIR、XRD、SEM、TG、XPS、单丝拉伸强度测试等方法对共聚纤维进行了表征。关键词：PBO-PIPD共聚纤维，耐紫外性能，PIPD-ODA共聚纤维，力学性能中北大学学位论文StructuralDesignandPropertiesofPolybenzoxazoleHighPerformanceFibersABSTRACTPoly(p-phenyleneben

9、zobisoxazole)(PBO),rod-likepolymerswithextendedchainconformation,haveexcellentthermaloxidationst