[發(fā)明專利]一種氧化鋅納米線改性PBO纖維的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310624910.2
• 申請日: 2013-11-28
• 公開（公告）號: CN103590234A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發(fā)明（設計）人: 黃玉東;陳磊;胡楨;程瑋璐;王芳;吳捷;劉麗
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: D06M11/44
• 分類號: D06M11/44;D06M13/358;D06M101/30
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種改性PBO纖維的方法。

背景技術(shù)

PBO纖維是聚對苯撐苯并雙噁唑纖維的簡稱，作為一種高性能的芳香族雜環(huán)聚合物，是通過液晶紡絲制得的一種高性能纖維。它具有優(yōu)異的力學性能、耐熱性能和阻燃性能，其強度超過碳纖維、Kevlar纖維等，被譽為“21世紀的超級纖維”。PBO纖維由于這些優(yōu)異的綜合性能，其制備的復合材料作為先進結(jié)構(gòu)材料廣泛地應用于航空、航天以及行星探測等高新技術(shù)領(lǐng)域。PBO纖維的結(jié)構(gòu)如下：

PBO纖維的皮芯結(jié)構(gòu)使得其表面非常光滑，呈惰性，不易與樹脂基體浸潤，從而導致復合材料的界面粘結(jié)強度低，嚴重制約了其在復合材料中的應用。近年來，已經(jīng)有大量研究對PBO纖維進行表面修飾，主要包括：(1)等離子體處理；(2)高能射線輻照處理；(3)化學接枝法。上述這些方法在提高PBO纖維界面性能方面均取得了一定的進展，但它們通常以犧牲纖維本體的拉伸強度為代價，不利于復合材料綜合性能的充分發(fā)揮。

在距地球表面200-700km高度的低地球軌道(Low?Earth?Orbit，LEO)空間環(huán)境中，存在著原子氧、紫外輻照、電子、質(zhì)子、微流星及空間碎片等因素。其中，原子氧無疑是最重要、最危險的因素。在原子氧環(huán)境下，航天器結(jié)構(gòu)材料會出現(xiàn)表面形貌改變、質(zhì)量損失和力學性能下降等變化。尤其是對于聚合物材料，當紫外輻射的劑量積累到某個閾值時，其對原子氧的敏感度會大大提高，這將會加速材料表面的剝蝕速度。

當航天器在LEO中運行時會不斷受到冷熱交替循環(huán)，PBO纖維與環(huán)氧樹脂基體由于熱膨脹系數(shù)不同會在它們的界面處產(chǎn)生高的熱應力，從而導致裂紋的產(chǎn)生。原子氧進而侵蝕到復合材料的弱界面結(jié)合處，造成纖維與樹脂基體脫粘，進而導致復合材料的力學性能大幅下降。

因此，現(xiàn)有的PBO纖維存在表面光滑導致與基體樹脂浸潤性差及原子氧引發(fā)導致PBO纖維分子鏈斷裂，纖維力學性能下降的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有PBO纖維表面光滑導致與基體樹脂浸潤性差及原子氧引發(fā)導致PBO纖維分子鏈斷裂，纖維力學性能下降的問題，而提供的一種氧化鋅納米線改性PBO纖維的制備方法。

一種氧化鋅納米線改性PBO纖維的制備方法具體是按以下步驟完成的：

一、活化PBO纖維：①首先將PBO纖維纏繞在方形玻璃框架上，然后浸入到質(zhì)量分數(shù)為20%～80%的硫酸中，在室溫和攪拌速度50r/min～200r/min的條件下硫酸處理1h～4h，得到硫酸處理后的纖維；②將步驟一①得到的硫酸處理后的纖維使用去離子水洗滌2次～6次，得到去離子水洗滌后的纖維；③將步驟一②得到的去離子水洗滌后的纖維在溫度為80℃～150℃下干燥30min～60min，得到活化PBO纖維；

二、制備乙酸鋅溶液：①將二水合乙酸鋅加入到無水乙醇中，在溫度為30℃～80℃和攪拌速度為300r/min～600r/min的條件下攪拌至二水合乙酸鋅完全溶解，得到乙酸鋅/乙醇溶液；②將步驟二①得到的乙酸鋅/乙醇溶液加熱至50℃～80℃，得到加熱后的乙酸鋅/乙醇溶液；

步驟二①所述的二水合乙酸鋅的質(zhì)量與無水乙醇的體積比為(0.01g～0.05g):1mL；

三、制備氫氧化鈉溶液：①將氫氧化鈉加入到無水乙醇中，在溫度為30℃～80℃和攪拌速度為300r/min～600r/min的條件下攪拌至氫氧化鈉完全溶解，得到氫氧化鈉/乙醇溶液；②將步驟三①得到的氫氧化鈉/乙醇溶液加熱至50℃～80℃，得到加熱后的氫氧化鈉/乙醇溶液；

步驟三①中所述的氫氧化鈉的質(zhì)量與無水乙醇的體積比為(0.001g～0.005g):1mL；

四、制備氧化鋅種子溶液：將步驟二②得到的加熱后的乙酸鋅/乙醇溶液和步驟三②得到的加熱后的氫氧化鈉/乙醇溶液混合均勻后加入到密封玻璃容器中，在攪拌速度為300r/min～600r/min的條件下攪拌30min～60min后采用冰浴對密封玻璃容器進行冷卻，冷卻時間為10min～30min，得到氧化鋅種子溶液；

步驟四中所述的加熱后的乙酸鋅/乙醇溶液的體積與加熱后的氫氧化鈉/乙醇溶液的體積比為(1.5～4.5):1；

五、攪拌、干燥：①將步驟一得到的活化PBO纖維浸入到步驟四得到的氧化鋅種子溶液中，在室溫下以300r/min～600r/min的攪拌速度攪拌10min～20min，然后在溫度為100℃～200℃下干燥1min～10min；②重復步驟五①3～4次，得到吸附有納米氧化鋅生長晶核的PBO纖維；