PBO纤维界面改性研究

介绍了聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)单体的盐酸盐合成及其优缺点;阐述了PBO的对苯二甲酸法、对苯二甲酞氯法、三甲基硅烷基化法、五氧化二磷调节法及预聚合法的合成方法及其优缺点;简述了PBO的纺丝方法。分析了PBO纤维的物理化学性能,对其各项性能做了比较;论述了PBO纤维界面改性界面理论及改性处理方法。指出PBO纤维的综合性能优异,应加大PBO规模的生产方法和界面改性研究,实现PBO纤维的规模化生产。     

PBO的合成及其纺丝技术研究进展

概述了聚对苯撑苯并二(?)唑(PBO)及PBO纤维国内外的发展现状;详述了PBO的合成方法:对苯二甲酸法、对苯二甲酰氯法、三甲基硅烷基化法、对苯二甲酸盐法、对羟基苯甲酸酯法等,以及PBO纤维的制备:液晶纺丝法和静电纺丝法;建议今后国内PBO纤维的发展应开发具有自主知识产权的高性能PBO纤维生产技术。     

PBO纤维稳定性的研究进展

介绍了聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)纤维的热分解行为、热分解机理、水解稳定性、光稳定性及化学稳定性等方面的研究进展。PBO纤维的热稳定性和化学稳定性优良,其水解稳定性和光稳定性较差。通过热处理可提高PBO纤维的强度和模量。指出应进一步研究PBO纤维的稳定性,提高其性能,扩大应用领域。     

PBO纤维及其改性的研究进展

简述了聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)纤维的结构与性能;详述了PBO纤维的改性研究进展。PBO纤维的改性主要是改善其抗压性能和表面粘结性能。提高微纤间相互作用或交联等方法可提高PBO纤维的压缩强度;通过酸处理、偶联剂处理、等离子体处理及电晕处理等方法可提高PBO纤维的表面粘结性能。指出表面改性仍将是PBO纤维改性研究的重点。     

PBO纤维的性能及应用

介绍了聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)纤维的结构特点、性能及应用。PBO纤维分子沿轴向高度取向,其强度和初始模量高,具有耐热、阻燃、耐冲击、耐弯曲疲劳和耐化学稳定性等优良性能。PBO纤维在耐热材料、增强材料、防弹抗冲击材料以及航空领域与军事领域广泛应用。     

应用广泛的PBO纤维

聚对苯撑苯并双恶唑(PB O)是一种高性能的芳杂环聚合物,PBO纤维广泛应用于国防、航空航天高耐热材料等领域。PBO纤维是迄今为止耐热性最高的有机纤维,其分解温度高达650℃,可在300℃下长期使用。接触火焰时不收缩,移去火焰后基本无残焰,碳化长度小于5nm,特别是在750℃燃烧时,产     

热处理工艺对PBO纤维拉伸性能影响

针对研究较少的聚对苯撑苯并双恶唑(PBO)纤维热处理工艺进行研究,通过控制热处理气氛、热处理温度、热处理停留时间和预加应力4个参数,对初纺丝PBO(PBO–AS)纤维的热处理工艺进行优化,得到拉伸性能大幅提高的PBO–HM纤维。利用电子织物强力仪对PBO–HM纤维的拉伸性能进行测试,发现热处理氛围为N2时PBO–HM纤维的性能更为优异;热处理温度控制在550℃以下时,热处理温度越高,热处理后得到的PBO–HM纤维的拉伸弹性模量越高,但热处理停留时间延长会使拉伸强度降低;预加应力有助于PBO–HM纤维拉伸弹性模量的增加。经分析得出,最优热处理温度为550℃,热处理停留时间为53.3 s,预加应力为5.48 c N/dtex,得到的PBO–HM的拉伸性能较优。     

EP/PBO复合材料的制备工艺研究

采用自制的专用处理剂处理聚对苯撑苯并双恶唑(PBO)纤维,研究了PBO纤维增强环氧树脂(EP)(EP/PBO)复合材料的配方体系与制备工艺参数.研究表明,采用EP与4,4-二胺基二苯甲烷(DDS)混合制备的复合材料的剪切强度最高.控制预浸胶带的含胶量为35%～37%,在适宜的缠绕工艺参数与固化条件下,制备的EP/PBO复合材料的NOL环剪切强度达26.28～29.32 MPa.     

低温等离子体改性PBO纤维粘着性初步研究

采用低温等离子体技术处理聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)纤维,并设计正交实验和剥离实验,通过测试改性前后PBO纤维与聚四氟乙烯(PTFE)膜之间的剥离强力和剥离功来反映粘结牢度,并验证了改性后PBO纤维粘着性的改善。研究发现:在实验条件下,改性后的PBO纤维与聚四氟乙烯膜之间的剥离强力和剥离功最大可提高58.7%和52.7%,粘结牢度增强,粘着性改善;并通过扫描电镜也观察到改性后PBO纤维粗糙程度增加,同时预测了表面粗糙程度与粘着性有一定的联系。     

聚对苯撑苯并二噁唑溶液单孔纺丝条件的研究

由4,6-二氨基间苯二酚盐酸盐(DAR)和对苯二甲酸(TA)在多聚磷酸(PPA)中进行缩聚反应制得聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)聚合物溶液,然后在液晶状态下采用干喷湿纺技术得到PBO纤维。为了提高PBO纤维的力学性能,用灰色关联法研究了单孔纺丝时各种纺丝条件对PBO纤维力学性能影响的关联序,深入研究了纺丝温度、纺丝压力、气隙段长度、纺丝速度对纤维力学性能的影响,探讨了各因素的影响机理。     

Fabrication of uvioresistant poly(p-phenylene benzobisoxazole) fibers based on hydrogen bond

The poly(p-phenylene benzobisoxazole) (PBO) fiber with excellent performance is vulnerable to the irradiation of UV light, which significantly limits their application in advanced composites. Therefore, finding feasible and efficient ways to improve the uvioresistant properties of PBO fiber is of significance. In this work, a facile one-pot method is developed for continuously preparing the PBO/poly(2,5-dihydroxy-1, 4-phenylpyridimidazole) (PIPD) copolymer fiber to greatly enhance the anti-UV properties of PBO fibers. The experimental results demonstrate that the fabricated PBO/PIPD copolymer fiber (molar ratio of 7:1) with greatly improved surface wetting properties (the maximum increase can reach about 179%) possesses satisfactory and desired uvioresistant performance, which is 30.8% higher than that of pure PBO fibers after 480 h UV aging irradiation. The fabricated PBO/PIPD copolymer fiber with improved UV stability has the potential to be applied to many important application areas even in a severe and harsh environment. © 2019 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2020 , 137, 48432.     

有机特种纤维介绍(二)

对有机特种纤维中的超高相对分子质量聚乙烯(UMHWPE)纤维、聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)纤维、聚酰亚胺(P)I纤维、聚(2,5-二羟基-1,4-苯撑吡啶并二咪唑)(PIPD)纤维的结构与性能、发展情况、制备方法以及主要应用领域进行了简要介绍,最后简要展望了这4种特种纤维的发展前景。     

聚苯撑吡啶并咪唑纤维研究(二)

聚(2,5-二羟基-1,4-苯撑吡啶并二咪唑){Poly[2,6-diimidazo(4,5-b：4’,5’-e)pyridinylene-1,4(2,5-dihydroxy)phenylen],PIPD}纤维(简称M5)是荷兰Akzo Nobel Central Research经过10多a努力研制成功的一种新型刚性聚苯撑吡啶并咪唑(Polypyridobisimidazole)系聚合物纤维,其力学性能突出,耐热性及耐燃性好,由于大分子之间具有独特的氢键网状结构,纤维的抗压缩性能优于其它有机高性能纤维,目前该纤维由荷兰Magellan Systems International,LLC开发生产．本文对PIPD纤维的制备、纤维结构与性能以及应用等进行介绍和讨论．     

Compressive behaviour of rigid rod polymer fibres and their adhesion to composite matrixes

Abstract

The deformation behaviour of the new high performance polymer fibres, poly(p-phenylene benzobisoxazole) (PBO) and polypyridobisimidazole (PIPD) and their adhesion to an epoxy composite matrix have been investigated. Both fibres give well defined Raman spectra, and the deformation micromechanics of PBO and PIPD single fibres and composites were studied from stress induced Raman band shifts. Single fibre stress-strain curves were determined in both tension and compression, thus providing an estimate of the compressive strength of these fibres. It was found that the PIPD fibre has a higher compressive strength (~1 GPa) than PBO (~0·3 GPa) and other high performance polymer fibres, because hydrogen bond formation is possible between PIPD molecules. It has been shown that when PBO and PIPD fibres are incorporated into an epoxy resin matrix, the resulting composites show very different interfacial failure mechanisms. The fibre strain distribution in the PBO-epoxy composites follows that predicted by the full bonding, shear lag model at low matrix strains, but deviations occur at higher matrix strains due to debonding at the fibre/matrix interface. For PIPD-epoxy composites, however, no debonding was observed before fibre fragmentation, indicating better adhesion than for PBO as a result of reactive groups on the PIPD fibre surface.     

高性能PIPD纤维的研究进展

聚[2,5-二羟基-1,4-苯撑吡啶并二咪唑](PIPD)纤维是荷兰阿克苏·诺贝尔研究所研制成功的一种新型刚棒状聚合物纤维。PIPD纤维具有优异的力学性能、耐热及阻燃性能。大分子链上大量的极性基团形成了独特的二维氢键网络结构,使纤维的压缩强度为目前所有有机聚合物纤维之首。PIPD纤维优异的黏接性能使其在复合材料领域具有广阔的应用前景。对PIPD纤维的单体合成、聚合物制备、纺丝工艺、纤维的结构与性能以及应用等进行了介绍和讨论。     

PBO与T700纤维及其复合材料的性能研究

本文对具有21世纪超级纤维之称的PBO纤维与目前在先进复合材料中广泛使用的T-700碳纤维性能进行了比较。实验数据表明，PBO纤维在高性能纤维中强度最高。但PBO纤维复合材料层间剪切强度低于芳纶纤维复合材料，这是由于PBO纤维未经表面处理，纤维表面的活性低而且较光滑所致。     

PBO纤维基本力学性能试验研究

针对PBO纤维的基本力学性能开展了试验研究。使用湿法缠绕工艺制备了PBO（AS）纤维束纱和PBO（HM）纤维束纱,制备了PBO纤维NOL环,测试上述两种PBO纤维束纱的拉伸性能,同时测试了PBO纤维NOL环层间剪切性能;在缠绕过程当中,PBO纤维工艺性好,适于湿法缠绕工艺使用。测试结果表明,PBO纤维的基本力学性能与报道值接近,其束纱拉伸强度高,层间剪切性能较低,说明PBO纤维表面活性差,改善PBO纤维的表面状态及其与树脂基体之间的界面相容性的研究工作将是PBO纤维复合材料以后研究的重点方向。     

PBO纤维复合材料的研究及进展

聚对苯撑苯并二恶唑(PBO)纤维表面化学惰性较强,应用方面受到了较大的限制。PBO纤维经表面改性后可与其它化合物形成复合材料,如PBO树脂基增强复合材料以及PBO纤维纳米复合材料等,PBO纤维复合材料凭借优异的力学及化学性能在各领域都获得了较大的应用及发展。介绍了PBO树脂基增强复合材料和PBO纤维纳米复合材料的应用及发展。近些年,PBO纤维复合材料已经逐步取代传统的金属材料。但是目前PBO纤维复合材料仍有较大的研究空间,其开发对于航空、航天和国防等高新技术领域材料及产品更新换代具有重要意义。     

Rigid‐rod polymeric fibers

This paper traces the historical development of high temperature resistant rigid‐rod polymers. Synthesis, fiber processing, structure, properties, and applications of poly(p‐phenylene benzobisoxazole) (PBO) fibers have been discussed. After nearly 20 years of development in the United States and Japan, PBO fiber was commercialized with the trade name Zylon® in 1998. Properties of this fiber have been compared with the properties of poly(ethylene terephthalate) (PET), thermotropic polyester (Vectran®), extended chain polyethylene (Spectra®), p‐aramid (Kevlar®), m‐aramid (Nomex®), aramid copolymer (Technora®), polyimide (PBI), steel, and the experimental high compressive strength rigid‐rod polymeric fiber (PIPD, M5). PBO is currently the highest tensile modulus, highest tensile strength, and most thermally stable commercial polymeric fiber. However, PBO has low axial compressive strength and poor resistance to ultraviolet and visible radiation. The fiber also looses tensile strength in hot and humid environment. In the coming decades, further improvements in tensile strength (10–20 GPa range), compressive strength, and radiation resistance are expected in polymeric fibers. Incorporation of carbon nanotubes is expected to result in the development of next generation high performance polymeric fibers. © 2005 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci 100: 791–802, 2006     

Kevlar、PBO有机纤维及其复合材料的性能

简述Kevlar纤维和PBO纤维的合成、结构、优异性能及应用前景。实验表明：在同等强度下，PBO纤维／环氧复合材料在高性能纤维复合材料中减重效果最好。