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氧气DBD等离子体处理PBO纤维表面及其对双马树脂基复合材料界面性能的影响

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材料研究学报 2020年第2期34卷 109-117页

作者：刘哲陈博涵陈平大连理工大学化工学院精细化工国家重点实验室大连116024 山西省交通科技研发有限公司太原030032

采用氧气介质阻挡放电(DBD)等离子体处理PBO纤维表面,用以改善PBO纤维与双马来酰亚胺(BMI)树脂之间的界面粘结性能。结果表明,用氧气等离子体处理PBO纤维能大幅度提高pbo/BMI复合材料的层间剪切强度(ILSS)值,最佳处理条件为功率30 W/m3... 详细信息

采用氧气介质阻挡放电(DBD)等离子体处理PBO纤维表面,用以改善PBO纤维与双马来酰亚胺(BMI)树脂之间的界面粘结性能。结果表明,用氧气等离子体处理PBO纤维能大幅度提高pbo/BMI复合材料的层间剪切强度(ILSS)值,最佳处理条件为功率30 W/m3、时间24 s,ILSS值从43.9 MPa提高到62.0 MPa。经过氧气DBD等离子体处理的PBO纤维其表面的氧含量明显提高,氮含量变化不大,甚至在过度处理时降低;官能团-O-C=O基团的含量从0提高到3.16%,-C-O-的含量也明显提高;在氧气DBD等离子体处理后的PBO纤维表面产生大量凹凸不平和沟壑,使纤维表面的粗糙度提高。而表面氧含量的提高和表面形貌与粗糙度的变化,是pbo/BMI复合材料ILSS值提高的重要原因。单丝拉伸实验结果表明,适当的DBD等离子体处理不会对PBO纤维表面产生不良影响,不影响其在复合材料中的作用。

关键词：材料表面与界面 DBD等离子体 PBO纤维表面形貌化学成分界面粘结强度

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耐紫外老化PBO纤维改性技术研究进展

化工新型材料 2023年

作者：白金旺张殿波钟蔚华陈湘栋刘群孟昭瑞刘薇刘宗法郭程代勇中国兵器工业集团第五三研究所

聚对苯撑苯并双噁唑(pbo)纤维是继Kevlar纤维之后的新一代高性能有机纤维，具有高强度、高模量、高耐热性和高阻燃性等优点。但紫外光照射下PBO纤维机械强度急剧下降，制约了其进一步应用和发展。概述了PBO纤维的合成方法，通过PBO纤维... 详细信息

聚对苯撑苯并双噁唑(pbo)纤维是继Kevlar纤维之后的新一代高性能有机纤维，具有高强度、高模量、高耐热性和高阻燃性等优点。但紫外光照射下PBO纤维机械强度急剧下降，制约了其进一步应用和发展。概述了PBO纤维的合成方法，通过PBO纤维晶体结构与分子链结构分析，阐述了紫外老化降解机理，综述了近年来表面涂覆法、化学共聚法以及新型配位键改性法的研究进展，对比分析了3种改性方法的优缺点，并对其未来发展方向进行了展望。

关键词： PBO纤维抗紫外光老化表面涂覆法化学共聚法配位键改性法

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表面构建聚多巴胺制备抗紫外线PBO纤维

工程塑料应用 2024年第1期52卷 23-31页

作者：白金旺张殿波钟蔚华梁晨陈湘栋刘群刘薇孟昭瑞刘宗法郭程代勇肖作旭彭宪宇辛建平中国兵器工业集团第五三研究所济南250031

基于聚对苯撑苯并双噁唑(pbo)纤维分子链中噁唑五元环不稳定,紫外光辐射下噁唑环发生开环,大分子发生断裂,导致力学性能急剧下降的问题,通过PBO纤维表面涂覆聚多巴胺(PDA)分子链的方法,合成了耐紫外pboPDA改性纤维。采用扫描电子显微镜... 详细信息

基于聚对苯撑苯并双噁唑(pbo)纤维分子链中噁唑五元环不稳定,紫外光辐射下噁唑环发生开环,大分子发生断裂,导致力学性能急剧下降的问题,通过PBO纤维表面涂覆聚多巴胺(PDA)分子链的方法,合成了耐紫外pboPDA改性纤维。采用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、广角X射线散射等分析手段研究了表面涂覆对PBO纤维表观形貌、超分子结构、微纳结构及抗紫外老化性能影响。结果表明:经过288 h紫外光辐射,PBO纤维分子链中产生酰胺基团,结晶峰的位置较老化前相对向右移动,结晶区的微小晶体发生相对滑移,结晶度、晶面取向度降低,结晶区出现解取向,原纤间微孔的直径、长度增大,纤维表面出现多条平行排列细长条纹,纤维力学强度急剧下降;而改性pbo-PDA纤维氮气氛围下热分解温度为693.6℃,仍具有良好的热分解稳定性,经紫外老化288 h后的pbo-PDA纤维具有较好抗紫外线能力,表层PDA分子链可有效阻隔紫外光对内部PBO纤维的破坏,纤维结晶度改变较小,纤维内部微孔直径长度增大幅度较小,分子结构没有额外基团产生,拉伸强度仍为1.55 GPa,拉伸强度保留率为37.26%。

关键词： PBO纤维表面涂覆结晶结构抗紫外老化性能

用常压空气等离子体对PBO纤维表面接枝改性

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材料研究学报 2021年第9期35卷 641-650页

作者：陈怿咨张承双陈平大连理工大学化工学院精细化工国家重点实验室大连116024 西安航天复合材料研究所西安710025

用常压空气介质阻挡放电等离子体在PBO纤维表面接枝聚氨酯,研究了上浆剂对接枝反应的影响。对接枝改性后的PBO纤维的XPS分析结果表明,等离子体接枝聚氨酯改性使PBO纤维表面的化学组成发生了很大的变化。与DBD单独处理相比,接枝改性后的... 详细信息

用常压空气介质阻挡放电等离子体在PBO纤维表面接枝聚氨酯,研究了上浆剂对接枝反应的影响。对接枝改性后的PBO纤维的XPS分析结果表明,等离子体接枝聚氨酯改性使PBO纤维表面的化学组成发生了很大的变化。与DBD单独处理相比,接枝改性后的PBO纤维出现了更多的羧基,其提高值为64%~189%(不含上浆剂时)、102%~184%(含上浆剂时),为其与其它材料之间的化学键合提供了条件。接枝反应不受上浆剂的影响,等离子体接枝反应破坏了表面pbo分子的噁唑环。通过ATR-FTIR发现,带上浆剂的PBO纤维接枝前后噁唑环的特征峰没有变化,因此在近表面尺度的pbo分子没有破坏的依据;而在不含上浆剂的接枝改性PBO纤维上能检测到噁唑环的破坏,表明上浆剂能阻止等离子体对纤维近表面层的破坏。

关键词： PBO纤维等离子体接枝表面改性化学成分

PBO纤维增强复合泡沫绝缘材料的制备及性能研究

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绝缘材料 2023年第9期56卷 43-48页

作者：刘云鹏麻云帆刘贺晨张铭嘉周松松李乐田正波苏铮华北电力大学河北省绿色高效电工新材料与设备重点实验室河北保定071003 中国电力科学研究院有限公司北京100192 襄阳国网合成绝缘子有限责任公司湖北襄阳410000

为了提高支柱复合绝缘子芯体用复合泡沫材料的强度,使用聚对苯撑苯并二噁唑(pbo)纤维增强复合泡沫材料,通过研究不同含量PBO纤维对复合泡沫材料热学、力学和绝缘性能的影响,确定适合于内绝缘应用的纤维含量。结果表明:PBO纤维的加入赋... 详细信息

为了提高支柱复合绝缘子芯体用复合泡沫材料的强度,使用聚对苯撑苯并二噁唑(pbo)纤维增强复合泡沫材料,通过研究不同含量PBO纤维对复合泡沫材料热学、力学和绝缘性能的影响,确定适合于内绝缘应用的纤维含量。结果表明:PBO纤维的加入赋予了复合泡沫材料抵抗冲击破坏的能力,当PBO纤维质量分数为0.4%时,复合泡沫材料落锤冲击试验吸收的能量达到最高;PBO纤维的加入能够降低材料的热膨胀率,提升热稳定性,降低潜在的热应力风险,且对复合泡沫材料的内绝缘性能影响不大。

关键词：复合泡沫 PBO纤维环氧树脂热性能力学性能

基于COF自组装的PBO纤维表面改性及其复合材料界面和透波性能研究

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基于COF自组装的PBO纤维表面改性及其复合材料界面和透波性能研究

作者：张煊北京化工大学

学位级别：硕士

聚对苯撑苯并二噁唑(pbo)纤维化学惰性的光滑表面,导致其与树脂基体之间具有差的界面相容性和强的界面极化效应,限制了复合材料在透波领域的应用和发展。因此纤维表面改性对于提升复合材料的界面结合和透波性能尤为关键。基于碳纤维π-... 详细信息

聚对苯撑苯并二噁唑(pbo)纤维化学惰性的光滑表面,导致其与树脂基体之间具有差的界面相容性和强的界面极化效应,限制了复合材料在透波领域的应用和发展。因此纤维表面改性对于提升复合材料的界面结合和透波性能尤为关键。基于碳纤维π-π共轭结构的非共价组装改性,本文提出了以三种不同维度共价有机框架(A-COF、BCOF和M-COF)材料非共价组装改性PBO纤维的方法,开展了不同维度COF材料在PBO纤维表面组装过程和机理研究,以及其构筑的界面相对复合材料界面相容性和低介电性能影响的研究,实现了复合材料界面性能和宽频范围内透波性能的同步增强。(1)通过分子结构设计制备了三种不同维度的COF材料:2D COF(A-COF、B-COF)和3D COF(M-COF),研究了三种COF的物化特性。证明了三种COF均具有较高的比表面积和孔隙率。其中2D COF呈现较强的结晶峰,微观结构呈片层堆积形成的珊瑚状结构;而3D COF的结晶性较差,呈现不规则的纳米颗粒状聚集体。(2)将三种COF通过原位生长的方式组装到Pristine PBO纤维表面,制备了A-COF@pbo-(24h,48h,72h)、B-COF@pbo-(24h,48h,72h)和M-COF@pbo-(24h,48h,72h)纤维。其中组装时间为24 h和48 h的改性纤维用来研究COF在纤维表面生长过程的物化特性和组装机制。与Pristine PBO纤维相比,A-COF@pbo-72h、B-COF@pbo-72h和M-COF@pbo-72h三种纤维表面粗糙度和表面能均得到提升。其中2D COF在纤维表面的组装-生长过程驱动力为π-π作用与共价键作用的协同作用。而3D COF在纤维表面的组装过程驱动力为π-π作用,而生长过程驱动力以共价键作用为主。(3)分别制备了Pristine pbo、A-COF@pbo-72h、B-COF@pbo-72h和M-COF@pbo-72h纤维束丝、单丝和单向复合材料,评价复合材料界面性能和断面的微观形貌,以及在宽频率范围内(1 MHz-20MHz和12.4 GHz-18 GHz)的介电性能。与Pristine PBO纤维复合材料相比,A-COF@pbo-72h、B-COF@pbo-72h和M-COF@pbo-72h纤维复合材料的TFBT和IFSS强度均得到提升,并提出了不同维度COF改性纤维的界面增强机理:2D COF的纳米颗粒通过铆钉作用有效增加了裂纹传播的路径和能量耗散,3D COF纳米颗粒在纤维表面堆积形成的孔结构与树脂基体形成具有强机械啮合作用的交联互锁结构。与Pristine PBO纤维复合材料相比,A-COF@pbo-72h、BCOF@pbo-72h和M-COF@pbo-72h纤维复合材料的透波性能在宽频范围内均得到提升,提出透波增强机理:虽然2D COF存在一定的层间电子流动,但是界面极化效应的减弱和单位体积内极化分子数的减少,实现了复合材料透波性能的提升。

关键词： PBO纤维透波复合材料 COF 非共价组装界面相容低介电

聚氨酯上浆剂处理PBO纤维复合材料的界面性能

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材料工程 2024年第4期52卷 155-163页

作者：蒋磊徐任信吴书广刘国权丁安心陈杨武汉理工大学材料科学与工程学院武汉430070 宜昌测试技术研究所湖北宜昌443003 河南省特种防护材料重点实验室河南洛阳471023

为了提高聚对苯撑苯并二噁唑(poly-p-phenylenebenzobisoxazole,pbo)纤维/环氧树脂复合材料的界面性能,采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)改性水性聚氨酯得到上浆剂,然后对酸化后的PBO纤维进行表面涂覆处理。采用XPS和EDS分析PBO纤维表... 详细信息

为了提高聚对苯撑苯并二噁唑(poly-p-phenylenebenzobisoxazole,pbo)纤维/环氧树脂复合材料的界面性能,采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)改性水性聚氨酯得到上浆剂,然后对酸化后的PBO纤维进行表面涂覆处理。采用XPS和EDS分析PBO纤维表面的化学组成,利用SEM研究PBO纤维表面及其复合材料撕裂面的形貌,并对PBO纤维的单丝及复合材料的力学性能进行分析。结果表明:经过上浆剂包覆的PBO纤维表面活性基团明显增多,表面O/C(原子比)由0.16提升至0.25,上浆剂能有效修复纤维表面的缺陷;通过调控纤维表面上浆剂含量和结构,可使PBO纤维/环氧树脂单向复合材料的层间剪切强度提高到41.3 MPa,拉伸强度增加到1.70 GPa,相较于未处理的复合材料分别提高了44.9%和15.6%。

关键词： PBO纤维水性聚氨酯上浆剂界面性能剪切强度

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PBO纤维表面二氧化钛涂层的构建及其抗紫外光性能研究

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华中师范大学学报（自然科学版） 2021年第2期55卷 231-237页

作者：孟进方王斌李思雨赵春霞祝长海西南石油大学新能源与材料学院成都610500

为提高聚对苯撑苯并二噁唑(pbo)纤维的抗紫外老化性能,以3-氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)为桥梁,在PBO纤维表面构建二氧化钛(TiO_(2))涂层,并考察了纤维改性前后的表面形貌、界面剪切强度(IFSS)、以及紫外光照射前后的力学性能等变化.研究... 详细信息

为提高聚对苯撑苯并二噁唑(pbo)纤维的抗紫外老化性能,以3-氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)为桥梁,在PBO纤维表面构建二氧化钛(TiO_(2))涂层,并考察了纤维改性前后的表面形貌、界面剪切强度(IFSS)、以及紫外光照射前后的力学性能等变化.研究结果表明,在PBO纤维表面构建二氧化钛涂层后,PBO纤维与树脂的界面剪切强度提高了43.5%;PBO纤维的抗紫外光性能大幅增强,经200 h加速老化实验后其拉伸强度保持率提高了25%.

关键词： PBO纤维表面改性二氧化钛抗紫外光性能

基于PBO纤维阻燃耐磨面料的开发与性能研究

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基于PBO纤维阻燃耐磨面料的开发与性能研究

作者：李俊龙东华大学

学位级别：硕士

PBO纤维具有超高强度、超高模量、超高耐热性和超耐火性的特点。但PBO纤维之间缺乏抱和力,纱线受外力会产生抽丝移位和横向磨损现象,需要经过整理来解决这一问题。本课题首先制备了高性能PBO纤维面料,再通过阻燃耐磨涂层整理开发出一种... 详细信息

PBO纤维具有超高强度、超高模量、超高耐热性和超耐火性的特点。但PBO纤维之间缺乏抱和力,纱线受外力会产生抽丝移位和横向磨损现象,需要经过整理来解决这一问题。本课题首先制备了高性能PBO纤维面料,再通过阻燃耐磨涂层整理开发出一种具有超强阻燃耐磨面料,并对面料的相关性能进行了研究。本文首先对PBO纤维面料进行了设计和织造,通过单纤维强力对比、表观形貌分析及燃烧性能测试,选择东洋纺1000D PBO纤维长丝进行面料织造。得到面料规格为经密220根/10cm、纬密为115根/10cm、2/1斜纹织物,面料的极限氧指数可以达到73.8%、耐磨次数158r、磨损终点质量损失率为1.51%,得到的pbo面料虽然阻燃性优异,但耐磨性还需提高。其次是对面料进行了涂层整理,选用的涂层整理剂要求具有优良的阻燃和耐磨性。通过对各种涂层树脂和阻燃剂的相容性分析及各涂层树脂耐磨性对比,以及燃烧性能和热重分析,最终选择水性聚氨酯AH-1704-1和阻燃剂XFR-PES以10:3的质量比进行复配作为阻燃耐磨涂层整理剂,测得的涂层膜LOI值可以达到28.4%,但燃烧过程中会有熔融滴落,为解决这一问题,再向其中加入30%ATH,此时的涂膜及涂层织物的各项性能较好,涂层膜的LOI值为37.7%,经涂层整理后的pbo面料的耐磨次数可以达到2993r。以Ti B微粒作为耐磨填料加入到树脂乳液中,涂层整理过程中,乳液需要保持适当的粘度,涂层乳液的粘度不仅影响耐磨填料Ti B的稳定性,更影响涂层胶的使用性,而乳液粘度的改变通过加入增稠剂来调节。通过相关性实验,最终确定增稠剂添加量为水性聚氨酯乳液的0.3%。涂层乳液中加入3%的Ti B微粒后整理在织物表面,对比棉、涤纶和PBO纤维织物的阻燃耐磨性,pbo织物最为优异。pbo织物的面料极限氧指数为73.7%、耐磨次数提高到了11450r,显著优于涤纶、棉等常规织物,体现了PBO纤维的优越性能。但是其质量损失却升高至9.23%。通过向水性聚氨酯乳液中添加环氧树脂E51来改变涂膜的附着力,通过耐磨性和涂膜附着力测试证明E51的加入对于提升涂层膜的粘附性是有效的;又经过三因素三变量实验分析涂膜厚度、焙烘温度和焙烘时间对于面料耐磨性的影响,最终得到了涂层整理的最佳工艺。当环氧树脂含量为7%、涂膜厚度200μm、80℃烘干、140℃焙烘1min时,得到的pbo涂层织物的耐磨性最好。此时的涂层面料接触角达到127.8°,耐磨次数为15350r,质量损失降低至4.95%。

关键词： PBO纤维织造水性聚氨酯涂层整理阻燃耐磨