聚苯撑苯并二噁唑pbo改性聚合物pspbo的制备及结构性能研究

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1、聚苯撑苯并二晤唑改性聚合物的合成及结构性畿研究摘要聚苯撑苯并二嗯唑(PBO)是芳香族杂环刚性链高分子化合物，由该刚性链聚合物通过液晶纺丝成型的PBO纤维具有超高强度、高模量、耐高温及阻燃等优异特性。PBO纤维作为先进复合材料的增强纤维具有巨大的应用前景。但PBO纤维表面呈很强的化学惰性且压缩性差，这限制了PBO在树脂基复合材料中的应用。本文首先通过共聚合在PBO刚性大分子链上引入离子基团，以增加PBO纤维的极性，改善其表面性能。另外由于碳纳米管(CNTs)具有的优异力学性能，可以作为增强材料制备高性能复合材料，本文也进行了PBO／CNTs复合材料的研究。首先以对二甲苯

2、为原料，经磺化得到对二甲基苯磺酸钾，然后用高锰酸钾氧化合成了对苯二甲酸磺酸钾单体。研究了各步单体的合成条件及提高产率和提高纯度的技术手段，应用傅立叶红外光谱、核磁共振和元素分析等多种方法分析了各产物的结构。由4，6一二氨基间苯二酚盐酸盐(DAR)和对苯二甲酸(TA)，再加入一定比例的对苯二甲酸磺酸钾，在多聚磷酸(PPA)介质中共缩聚制备了不同离子基团含量的PBO液晶离聚物PSPBO，通过红外光谱、元素分析等方法证实了所合成产物的结构。离子基团含量为1．5m01％时PSPBO(PSPBO一1．5)的特性粘度可达21．70dL／g，5m01％含量(PSPBO一5)东平大学

3、硕士学位硷文时特性粘度为18．69dL／g。将聚合得到的PSPBO／PPA液晶溶液经干喷湿纺工艺成型了PSPBO纤维，并对其力学性能、热稳定性能、聚集态结构进行了分析。PSPBO．1．5纤维的拉伸强度达到了2．98GPa，PSPBO．3纤维的拉伸强度也达到了2．49GPa。离子基团的引入对PBO纤维的聚集态结构有所影响，虽然结晶度和取向度变化不明显，但晶体尺寸明显减小，各晶面的L值减小了四分之一。PSPBO纤维保持了优良的耐热性，氮气中的热分解温度达到700℃。通过液体与纤维表面接触角的测定，分析研究了PSPBO纤维的表面性能。接触角的测试结果表明，离子基团(-KS0

4、3)引入大分子主链之后，PSPBO纤维对水、乙醇和丙酮的浸润性能得到改善，接触角减小，表面自由能增加，且离子基团含量越大，改善效果越明显。PSPBO．1．5纤维与水的接触角从PBO的71．4。减d,N66．2。，PSPBO．5纤维的接触角减小到了61．9。，浸润时间从1330ms缩短到400ms；PSPBO．1．5纤维的表面自由能从PBO的35．5mJ／m2增大到39．4mJ／m2，PSPBO．3纤维的表面自由能则增大到了40．1mJ／m2。利用微脱粘测试和SEM观察研究了PSPBO纤维／环氧树脂的界面粘结性能，引入离子基团可以使其得到明显提高。PSPBO．1．5、P

5、SPBO．3、PSPBO．5纤维／环氧树脂的界面剪切强度(IFSS)与PBO纤维／环氧树脂(IFSS=9．69MPa)相比，分别提高了33．7％、43．1％和79．4％，达到了12．97MPa、13．88MPa及17．40MPa。复合材料破坏形貌的SEM分析也显示出纤维界面粘结性能明显改善，由原来界面破坏变成复合材料基体的部分破坏。将CNTs活化处理后分散在PPA中，通过原位聚合制备了不同CNTs含量的CNTs／PBO复合材料。在CNTs／PBO的合成中，CNTs的活化、含量、加入时间和方式等对CNTs／PBO的聚合有较大的影响。未活化的CNTs在聚合物中团聚严重，影

6、响聚合及纺丝；活化后的CNTs在溶液中的分散程度有所提高，团聚现象较未活化之前有所改善。帆／PBO复合材料的热稳定性能较PBO有所提高，氮气中起始热分解温度由PBO的668℃提高到689℃以上，通过干喷湿纺工艺制备了拉伸强度最高达1．97GPa的CNTs／PBO纤维。关键词：PBO纤维，液晶，改性，表面性能，界面剪切强度垒坠!!堡兰竺垒竺!堡笪!!里竺璺墨!竺!竺里生!竖!堡垒!坐!坚苎!竺!里!g堡呈垒!!竖坚STUDIESONTHESYNTHESIS，STRUCTUREANDPROPERTIESOFMODIFIEDPoLY(P．PHENYLENEBENZOBISO

7、XAZoLE)ABSTRACTPoly(p-．phenylenebenzobisoxzolel)(PBO)isakindofaromaticheterocyclicrigid．-,rodpolymer．PBOfiberproducedviadry-jetwet-spinningtechniquehassuperiortensilestrength，modulus，excellentthermalresistanceandflameretardantproperties．SoPBOfiberprovidesgreatpotentialapplicati