PBO纖維水洗及熱處理工藝研究.pdf

1、聚苯撐苯并二噁唑（PBO）纖維具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性與卓越的力學(xué)性能，在高性能復(fù)合材料領(lǐng)域已獲得了廣泛應(yīng)用。在 PBO的生產(chǎn)過(guò)程中，水洗和熱處理是影響纖維性能的重要工藝環(huán)節(jié)。
　　本文以DAR和TPA為原料進(jìn)行了PBO聚合物的制備，并在自行設(shè)計(jì)的紡絲裝置上完成了 PBO纖維的紡制。選用不同的水洗介質(zhì)對(duì)制得的 PBO初生纖維進(jìn)行了水洗，通過(guò)改變水洗條件研究了不同水洗時(shí)間和介質(zhì)對(duì)纖維中殘留磷含量和力學(xué)性能的影響，同時(shí)進(jìn)行了超聲波水洗應(yīng)用于

2、PBO水洗的嘗試。
　　采用電感耦合等離子體原子發(fā)射法（ICP）對(duì)水洗樣品進(jìn)行了磷含量測(cè)試，發(fā)現(xiàn)水洗能夠有效去除殘留的多聚磷酸，基本可以達(dá)到磷含量≤0.8％的要求。同時(shí)對(duì)超聲波處理后的樣品進(jìn)行測(cè)試發(fā)現(xiàn)超聲波水洗除磷的效果更好，效率更高。隨著磷含量下降，纖維力學(xué)性能也有了一定程度的提高。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)采用稀堿溶液水洗或者超聲時(shí)間過(guò)長(zhǎng)均會(huì)造成纖維力學(xué)性能的降低。除磷效果和成本分析表明超聲波水洗應(yīng)用于PBO纖維水洗是可行的。
　　對(duì)水

3、洗后的 PBO纖維進(jìn)行了熱處理，設(shè)置不同的熱處理溫度和時(shí)間，對(duì)處理后的樣品進(jìn)行了傅里葉紅外光譜分析、磷含量分析、X射線衍射分析。發(fā)現(xiàn)張力熱處理可以促進(jìn) PBO分子的環(huán)化反應(yīng)，提高分子鏈的規(guī)律性和共軛體系中聚合物鏈的長(zhǎng)度，使纖維的結(jié)晶和取向得到改善，缺陷減少。通過(guò)掃描電鏡分析和微脫粘測(cè)試發(fā)現(xiàn)熱處理能夠使纖維表面粗糙化，提高和環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的界面剪切強(qiáng)度（IFSS），最高可以提高40%。
　　力學(xué)性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)，熱處理能夠顯著提高纖維

4、的力學(xué)性能，但對(duì)于模量的影響更加顯著，550℃下處理的纖維模量可以達(dá)到167GPa，較初生纖維的112GPa提高了近50%，斷裂強(qiáng)度最多只有7%左右的提升。提高熱處理溫度、延長(zhǎng)熱處理時(shí)間均能提高 PBO纖維的力學(xué)性能，但過(guò)高的溫度、過(guò)長(zhǎng)的時(shí)間則會(huì)使力學(xué)性能降低。
　　為了確定最佳的熱處理工藝條件，利用遺傳算法對(duì)熱處理工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。首先采用多元回歸分析的方法建立了目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，然后運(yùn)用遺傳算法對(duì)擬合的模型進(jìn)行求解，得到最優(yōu)的