PBO纤维光稳定性及其改性研究

论文摘要

聚对苯撑苯并二嗯唑（PBO）高性能纤维具有超高拉伸强度和模量、耐高温及阻燃等优异特性,但光稳定性较差,这一缺陷极大地限制了其广泛应用。本论文针对这一问题,在分析PBO纤维光老化机理的基础上,探讨了改善PBO纤维光稳定性的方法。首先,将PBO纤维在全波段自然光、自然可见光、大气环境下的全波段自然光以及大气环境下的自然可见光四种条件下进行老化实验。在对比研究老化前后PBO纤维试样的力学性能、特性粘度、表面形态、表面化学结构和取向度的变化后,发现波长范围400-450nm的可见光辐照是造成PBO降解的主要原因,而波长范围200-400nm的紫外光辐照可加速老化过程,这为改性PBO纤维的光稳定剂选择提供了依据。在PBO纤维光稳定改性研究中,论文首先采用原位共混法制备改性聚合物,即在PBO聚合过程中加入光稳定剂,再通过液晶纺丝法制备了光稳定改性PBO纤维。所使用的光稳定剂添加含量分别为UVA（0.2wt%）、UVB（0.1wt%）、UVP（0.1%）以及复配的UVA/UVB（0.2wt%/0.1wt%）和UVA/UVP（0.2wt%/0.1%）。对经过紫外加速老化312h后各纤维试样的测试分析表明,改性PBO纤维的特性粘度、强度保持率均高于未改性的PBO纤维试样,尤其是添加了UVA/UVP的PBO纤维拉伸强度保持率由44.17%提高到72.74%。自然光老化实验结果也证实了共混改性PBO纤维的光稳定性得到改善,特别是添加复合光稳定剂的样品。此外,各光稳定剂添加含量均不超过0.3wt%,并未对聚合过程、纺丝过程带来不利影响,且在最大程度上保持了PBO纤维原有的优异性能。本论文还采用涂覆有紫外光阻隔性的可溶聚酰亚胺于PBO纤维表面的方法进行了防光老化处理。对经表面处理的PBO纤维进行紫外加速老化实验并考察老化过程中纤维的力学性能、特性粘度变化,结果发现可溶性聚酰亚胺涂层对PBO纤维有一定的防护作用,其强度保持率由44.17%提高到54.28%。进一步在涂覆液中加入一定含量的光稳定剂r-Ti02或UVA再对PBO纤维进行表面涂层处理后,经处理纤维试样老化后强度保持率、特性粘度保持率都较PBO纤维有了明显的提高,其强度保持率分别提高到66.97%和62.07%,说明此方法对PBO纤维光稳定性改善效果明显。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1 引言
• 2 PBO纤维的性能、应用与不足
• 2.1 PBO纤维的性能
• 2.2 PBO纤维的应用
• 2.3 PBO纤维的不足
• 3 PBO纤维的光老化研究
• 3.1 材料老化的研究方法
• 3.2 光稳定剂发展现状
• 3.3 PBO纤维光稳定改性研究现状
• 4 本论文的研究内容及意义
• 第二章 PBO纤维光稳定性能研究
• 1 引言
• 2 实验部分
• 2.1 实验原料及试剂
• 2.2 PBO纤维老化实验
• 3 分析测试
• 3.1 紫光可见光谱分析（UV-Vis）
• 3.2 纤维强度测试
• 3.3 特性粘度测试
• 3.4 扫描电镜分析（SEM）
• 3.5 红外光谱分析（ATR-FTIR）
• 3.6 广角X射线衍射分析（WAXS）
• 4 结果与讨论
• 4.1 紫外-可见吸收光谱研究（UV-Vis）
• 4.2 光老化对PBO纤维力学性能的影响
• 4.3 光老化对PBO纤维特性粘度的影响
• 4.4 光老化对PBO纤维表面形貌的影响
• 4.5 红外光谱分析（ATR-FTIR）
• 4.6 拉曼光谱分析
• 4.7 广角X射线衍射分析（WAXS）
• 5 本章结论
• 第三章 复合光稳定剂改性PBO纤维的制备、表征及其耐老化研究
• 1 引言
• 2 实验部分
• 2.1 实验原料及试剂
• 2.2 DAR的重结晶
• 2.3 改性纤维的制备
• 2.4 紫外加速老化实验和户外老化试验
• 3 分析测试
• 3.1 紫光可见光谱分析（UV-Vis）
• 3.2 纤维强度测试
• 3.3 特性粘度测试
• 3.4 扫描电镜分析（SEM）
• 3.5 外光谱分析（ATR-FTIR）
• 3.6 热稳定性测试（TGA）
• 4 结果与讨论
• 4.1 紫外-可见吸收光谱分析
• 4.2 老化实验对PBO纤维力学性能的影响
• 4.3 紫外加速老化对纤维特性粘度的影响
• 4.4 老化实验对纤维表面形貌的影响
• 4.5 红外光谱分析（ATR-FTIR）
• 4.6 热失重分析（TGA）
• 5 本章结论
• 第四章 可溶性聚酰亚胺表面涂覆法改善PBO纤维光稳定性
• 1 引言
• 2 实验部分
• 2.1 实验原料及试剂
• 2.2 PBO纤维的表面聚酰亚胺涂层
• 2.3 紫外加速老化实验
• 2.4 分析测试
• 3 结果与讨论
• 3.1 TF-PI的结构与性能
• 3.2 紫外加速老化实验对纤维力学性能的影响
• 3.3 紫外加速老化实验对纤维特性粘度的影响
• 3.4 表面形貌分析（SEM）
• 4 本章结论
• 第五章 全文总结
• 参考文献
• 附录Ⅰ 攻读硕士学位期间发表的论文和专利
• 致谢
• 学位论文修改说明