耐紫外线PBO纤维的结构设计与性能研究.pdf

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1、硕士学位论文耐紫外线PBO纤维的结构设计与性能研究RESEARCHONSTRUCTUREDESIGNANDPROPERTIESOFUVRESISTANTPBOFIBER南润昇哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TB324学校代码：10213国际图书分类号：547密级：公开工学硕士学位论文耐紫外线PBO纤维的结构设计与性能研究硕士研究生：南润昇导师：黄玉东教授申请学位：工学硕士学科：化学工程与技术所在单位：化工与化学学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB324U.D.C:547Dissertation

2、fortheMaster’sDegreeinEngineeringRESEARCHONSTRUCTUREDESIGNANDPROPERTIESOFUVRESISTANTPBOFIBERCandidate：YoonseungNamSupervisor：Prof.YudongHuangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ChemicalEngineeringandTechnologyAffiliation：SchoolofChemisrtyandChemicalEngineeringDate

3、ofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要PBO纤维，全称为聚对苯撑苯并二噁唑纤维，是目前已知的力学性能、耐热性以及阻燃性能均非常突出的高性能有机纤维，在航空航天、国防军工以及民用领域均有广阔的应用前景。但是，由于PBO纤维分子结构中的噁唑环对紫外光照射非常敏感，极易发生断裂生成酰胺键并进一步重新分解为小分子单体，从而严重限制和降低了PBO纤维的应用和价值。基于此，本论文以改善PBO纤维的耐紫外光老化性能为目的，通过上浆处理的方式在PBO纤维的

4、表面引入一种金属有机框架材料(UiO-66)，在基本不降低纤维自身拉伸强度的基础上，制备出含不同质量分数的UiO-66纳米晶体改性的PBO纤维，以此来提高PBO纤维的耐紫外线老化能力。在论文中，通过优化UiO-66的合成条件以及利用SEM、TEM、FTIR、PXRD、TGA等测试对其进行了结构和性能表征，结果表明，利用微波法可以成功得到具有良好的八面体形貌以及结晶性的UiO-66纳米晶体。其次，研究了不同质量分数的UiO-66对于上浆剂体系的稳定性和耐热性能的影响。最后，采用传统的上浆处理工艺将复合后的UiO-66/环氧上浆剂涂覆到PBO纤维表面，制备得到了含

5、有不同质量分数UiO-66纳米晶体的改性PBO纤维，分析对于PBO纤维的表面性能以及与环氧树脂基体的界面结合性能的影响，随后通过紫外线加速老化实验对改性前后的PBO纤维的耐紫外线老化能力进行了评价，并利用SEM、PXRD、TGA等相关测试对老化前后的PBO纤维的结构和性能进行了综合表征和分析。结果表明，通过上浆处理工艺成功地将UiO-66纳米晶体引入到了PBO纤维表面，无明显的团聚现象存在，与未改性的PBO纤维相比，UiO-66的加入改善了纤维的表面能及其与环氧树脂基体的界面结合能力。此外，紫外线加速老化实验和相关测试表明，改性后的PBO纤维在相同老化条件下的

6、拉伸强度保持率、表面形貌、以及结构的完整性要明显优于未改性纤维，结合固体紫外-可见光漫反射的测试结果，表明UiO-66纳米晶体通过上浆处理工艺能够牢固粘附在PBO纤维表面并形成一道天然屏障，基于其自身良好的紫外线吸收和屏蔽能力，从而明显改善了PBO纤维的耐紫外线老化性能。关键词：PBO纤维；UiO-66；微波法；上浆；耐紫外性能；-I-AbstractAbstractPoly(p-phenylenebenzobisoxazole)(PBO)fiberhasexcellentstrength,heatresistanceandflameresistance.It

7、isknownas‘the21CenturySuperFiber’.Ithaspotentialandbroadapplicationprospectsinaerospace,militaryandsoon.However,PBOfiberissensitivetoUVradiation,whichlimitsandreducestheapplicationandvalueofPBOfiber.AkindofMOFs(UiO-66)wasintroducedonthesurfaceofPBOfiberforimprovingUVresistancebysizi

8、ngtreatment.Inthisp