高性能PIPD纤维的石墨烯改性及其结构与性能研究

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1、分类号：TQ342+.94单位代码：10110学号：S1504012中北大学硕士学位论文高性能PIPD纤维的石墨烯改性及其结构与性能研究硕士研究生姜婉嘉指导教师王艳红学科专业化学工程与技术2018年6月5日图书分类号TQ342+.94密级非密注1UDC_______________________________________________________________硕士学位论文高性能PIPD纤维的石墨烯改性及其结构与性能研究姜婉嘉指导教师（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

2、年6月5日论文答辩日期2018年5月24日学位授予日期________年______月______日论文评阅人冯丽恒教授、何振峰副教授答辩委员会主席樊卫斌研究员原創性声明本人邦重声明=所呈交的学位稔文り是本人在指尋教師的指尋下ヮ独立逆行研究所取得的成果.除文中己径注明引用的内容外,本詮文不包含其他↑人或集体己経友表或撰胃道的科研成果。対本文的研究作出重要貢献的↑人和集体り均己在文中以明碗方式林明。本声明的法律責任由本人承担。稔文作者釜名:姦セ免れ日期:_Ц≧生生__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

3、定り其中包括:①学校有枚保管、井向有美部l可送交学位沿文的原件埼隻印件,②学校可以采用影印、縮印或其t隻制手段隻制井保存学位稔文;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ヮ隻制贈送和交換学位沿文ラ⑤学校可以公布学位稔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:揚象日期:⊇っIS、`,(尋師釜名:日期:中北大学学位论文高性能PIPD纤维的石墨烯改性及其结构与性能研究摘要聚[2,5-二羟基-1,4-苯撑吡啶并二咪唑](PIPD)是一种具有苯环刚性结构的棒状聚合物，其纤维具有强度大、模量高、热分解温度高及耐

4、老化等优异性能，是综合性能最优秀的有机纤维。尽管如此，由于PIPD聚合物单体容易氧化、体系粘度大，其聚合反应后期反应活性低，以提高分子量的方式增强PIPD纤维性能具有较大局限性。相比之下，纳米增强改性更加简单有效。氧化石墨烯（GO）含有大量极性官能团，具有较高反应活性，可以参与聚合反应，达到共聚增强的效果。本文基于纳米改性增强原理，通过氧化石墨烯与还原石墨烯原位共聚-共混法对PIPD纤维进行改性，使PIPD纤维的力学性能、耐热性能及复合材料界面性能得到提高。本文采用化学改性Hummers法成功制备了氧化石墨烯，并通过化学还原法制得还原

5、石墨烯（rGO）。通过对聚合反应过程中时间和温度对PIPD聚合物对数粘度的影响研究，结果显示，聚合时间为15h聚合物粘均分子量上升最快。而在140℃-180℃的温度范围，PIPD聚合物的对数粘度随温度的升高而增大，在180℃达到最大值12.25dL/g。在200-300℃范围内对制备的PIPD纤维进行不同温度的热处理，研究热处理温度对PIPD纤维的结构及力学性能的影响。结果表明，温度升高有利于PIPD纤维晶体结构变得规整，并且纤维的力学性能也由原来的2.16GPa提升到2.73GPa，提升了26.4%。将氧化石墨烯和还原石墨烯利用原位

6、共聚-共混的方法加到PIPD基体中，得到不同含量的复合纤维，研究GO含量对复合纤维性能的影响，并与同含量的rGO/PIPD复合纤维进行对比。此外，还从取向分子和微纤的角度分析了GO增强PIPD纤维力学性能的原因。通过单丝拉伸强度测试，GO/PIPD复合纤维的拉伸强度在GO含量为1wt%达到最大2.43GPa。含量相同时，GO/PIPD的力学性能好于rGO/PIPD复合纤维；随着GO的加入，复合纤维的表面能得到提高，当GO含量为2wt%时达到最大值53.20mN/m；复合纤维/环氧复合材料的界面剪切强度高于纯PIPD纤维，在GO添加量为

7、1wt%时达中北大学学位论文到最大51.27MPa。氧化石墨烯的加入有利于提高复合纤维的初始分解温度且当GO含量2wt%，复合纤维具有最高残炭率57%，比纯PIPD纤维提高了4%。关键词：PIPD纤维，石墨烯纳米粒子，改性，复合纤维，性能中北大学学位论文GrapheneModificationofHighPerformancePIPDFibersanditsStructureandPropertiesAbstractPoly{2,6-dimidazo[4,5-b:4',5'-e]pyridinylene-1,4(2,5-dihydro

8、xy)phenylene}（PIPD）isarodpolymerwithrigidstructure,whichhas2,5-dihydroxyphenyleneandimidazolepyridineastherepe