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PBO/SWNT复合纤维的制备及结构与性能研究

作　者: 胡娜
导　师: 黄玉东
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: PBO/SWNT复合纤维 PBO 单壁碳纳米管结构纤维性能
分类号: TQ340.64
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

聚苯撑苯并双噁唑[poly(p-phenylene-2,6-benzobisoxazole), PBO]纤维是新一代高性能纤维的代表,它具有高强度、高模量、优异的耐高温性能等。PBO是刚性棒状的高分子,分子间的相互作用力很弱,这种结构使得PBO纤维存在一些缺陷,如压缩性能较低、耐紫外光性能差等。针对PBO纤维的这些缺点,本文通过制备聚对苯撑苯并双噁唑/单壁碳纳米管(PBO/SWNT)复合纤维,以期提高PBO纤维的力学性能、耐热性能,改善它的耐紫外光性能。本文主要通过强酸对单壁碳纳米管(single-walled carbon nanotubes,SWNTs)进行处理,使得SWNTs的表面增加了极性官能团,获得了羧基化的单壁碳纳米管,即SWNTs-COOH。并且对单壁碳纳米管的结构和表面形貌进行了表征分析。结果表明,经过强氧化性酸处理后,SWNTs表面增加了羧基官能团,改善了它在溶剂中的溶解性。本文提出了先制成4,6-二氨基间苯二酚盐酸盐/对苯二甲酸/羧基化的单壁碳纳米管(DADHB/TAP/SWNTs-COOH)络合盐,然后进行自缩聚成PBO/SWNT复合物的方法。对PBO/SWNT复合物的合成进行了研究,讨论了影响聚合的一些关键因素。并且对DADHB/TAP/SWNTs-COOH络合盐、PBO/SWNT复合物的结构进行了表征分析。此外,还采用一点法测量了PBO/SWNT复合物的特性粘数。结果表明,单壁碳纳米管的加入方式、加入量等因素对能否成功地制备PBO/SWNT复合物有着很重要的影响。采用干喷湿纺法对PBO/SWNT复合物进行了纺制,制得了PBO/SWNT复合纤维。并且对PBO/SWNT复合纤维的表面结构、晶体结构、热性能、力学性能和耐紫外线性能进行了表征。研究结果表明:PBO/SWNT复合纤维的表面不像PBO纤维那样致密光滑;PBO/SWNT复合纤维比PBO纤维具有更加优异的耐热性能;此外,碳纳米管和PBO之间发生了协同促进作用,使得PBO/SWNT复合纤维的力学性能得到大幅度提升。当SWNTs的添加量为7.5mass%时,PBO/SWNT复合纤维的拉伸强度比PBO纤维高了60%;同时PBO/SWNT复合纤维改善了PBO纤维的耐紫外光性能,拓宽了PBO纤维的使用范围。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-25
  1.1 课题背景及研究目的和意义  10-12
  1.2 PBO 纤维制备的国内外研究现状及分析  12-15
    1.2.1 概述  12-13
    1.2.2 PBO 的聚合技术  13-14
    1.2.3 PBO 聚合方法研究  14-15
  1.3 PBO 纤维改性研究现状  15-18
    1.3.1 表面改性  15-16
    1.3.2 PBO 的纳米改性  16-18
  1.4 碳纳米管聚合物基复合材料的研究现状  18-24
    1.4.1 碳纳米管的结构与性能  18-19
    1.4.2 碳纳米管的纯化  19-22
    1.4.3 碳纳米管的功能化修饰  22
    1.4.4 碳纳米管/聚合物复合材料制备方法  22-23
    1.4.5 碳纳米管/聚合物复合材料的性能  23-24
  1.5 本课题来源及主要研究内容  24-25
第2章实验原料及方法  25-34
  2.1 实验原料及所用仪器  25-26
    2.1.1 实验原料  25
    2.1.2 实验仪器及设备  25-26
  2.2 单壁碳纳米管的处理与表征  26-28
    2.2.1 单壁碳纳米管的纯化及官能化处理  26-27
    2.2.2 单壁碳纳米管的表征分析  27-28
  2.3 PBO/SWNT 复合物的合成及表征  28-29
    2.3.1 多聚磷酸的制备  28
    2.3.2 对苯二甲酸的精细化处理  28
    2.3.3 DADHB/TPA/SWNTs-COOH 络合盐的制备  28-29
    2.3.4 PBO/SWNT 复合物的合成  29
  2.4 DADHB/TPA/SWNT 络合盐的表征  29
  2.5 纤维的纺制及表征分析  29-31
    2.5.1 纤维的纺制  29-30
    2.5.2 纤维的后处理  30
    2.5.3 纤维结构表征  30-31
  2.6 纤维性能表征  31-34
    2.6.1 纤维热性能测试  31
    2.6.2 纤维直径测量  31-32
    2.6.3 纤维线密度的测量  32
    2.6.4 纤维单丝拉伸性能测试  32-33
    2.6.5 PBO/SWNT 纤维的耐紫外光性能表征  33-34
第3章 PBO/SWNT 复合物的制备与表征  34-50
  3.1 SWNTs-COOH 的表征  34-40
    3.1.1 SWNTs-COOH 的红外光谱分析  34-36
    3.1.2 SWNTs-COOH 的拉曼光谱分析  36-37
    3.1.3 SWNTs-COOH 的XPS 分析  37-39
    3.1.4 SWNTs-COOH 的形貌表征  39-40
  3.2 DADHB/TAP/SWNTs-COOH 络合盐的表征  40-42
    3.2.1 DADHB/TAP/SWNTs-COOH 络合盐的红外光谱分析  40-41
    3.2.2 DADHB/TAP/SWNTs-COOH 络合盐的扫描电镜分析  41-42
  3.3 PBO/SWNT 复合物的制备及表征  42-49
    3.3.1 PBO 聚合物的制备  42-43
    3.3.2 PBO/SWNT 复合物聚合工艺的影响因素  43-46
    3.3.3 PBO/SWNT 复合物的结构分析  46-48
    3.3.4 SWNTs-COOH 在PBO 基体中的分散性  48-49
  3.4 本章小结  49-50
第4章 PBO/SWNT 复合纤维的纺制与性能研究  50-59
  4.1 PBO/SWNT 复合纤维的制备  50-52
    4.1.1 纤维的纺制  50-51
    4.1.2 纤维的后处理  51-52
  4.2 PBO/SWNT 纤维的结构及形貌表征  52-54
    4.2.1 PBO/SWNT 纤维的XRD 分析  52-53
    4.2.2 PBO/SWNT 纤维的表面形貌  53-54
    4.2.3 PBO/SWNT 纤维的断口形貌  54
  4.3 PBO/SWNT 纤维的性能测试  54-58
    4.3.1 力学性能  54-55
    4.3.2 热性能  55-57
    4.3.3 耐紫外光性能  57
    4.3.4 SWNTs-COOH 的加入对PBO 纤维物理性能的影响  57-58
  4.4 本章小结  58-59
结论  59-60
参考文献  60-65
攻读学位期间发表的学术论文  65-67
致谢  67

PBO/SWNT复合纤维的制备及结构与性能研究

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