[發明專利]一種基于三元共沉積體系仿生修飾的PBO纖維及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202110096004.4
• 申請日: 2021-01-25
• 公開（公告）號: CN112900072A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 陳磊;龍浩帆;于帥;李慶;張同華
• 申請（專利權）人: 西南大學
• 主分類號: D06M11/46
• 分類號: D06M11/46;D06M13/513;D06M15/37;D06M101/30
• 代理公司: 重慶市嘉允啟行專利代理事務所(普通合伙) 50243
• 代理人: 胡柯

本發明公開了一種基于三元共沉積體系仿生修飾的PBO纖維及其制備方法與應用，通過超聲清洗PBO纖維原料；制備由多巴胺、硅烷偶聯劑KH551、納米TiO₂組成三元共沉積液；制備得到PBO@PDA?Si?Ti纖維，其拉伸強度、抗紫外線照射、界面性能、親水性接觸角等性能均比未處理的PBO纖維好，使用范圍廣。

技術領域

本發明涉及PBO纖維材料改性領域，特別是一種基于三元共沉積體系仿生修飾的PBO纖維及其制備方法與應用。

背景技術

聚對苯撐苯并雙噁唑(Poly-p-phenylene benzobisoxazole)纖維是一種高熱穩定性、高分子取向度且鏈剛性的高性能有機纖維，是具有剛性棒狀結構的雜環芳香高聚物家族的一員。PBO纖維具有優異的力學性能，其強度、模量高達Kevlar克維拉纖維的兩倍，這一特性依賴于苯并雙噁唑與苯環之間的共軛聚合物主鏈，該結構會產生π電子的離域及共振效應，進而促使PBO結構趨于穩定。PBO纖維紡絲采用干噴濕紡技術，這一過程中，PBO的分子鏈沿纖維軸高度取向，同時施加于纖維軸向的張力作用賦予其高結晶度和取向度。PBO分子鏈上的共軛芳香雜環結構和熱處理后的固相碳化物使纖維具有優異的耐熱性能和阻燃性。其熱分解溫度在氮氣氣氛下高達650℃，可在300℃下長期使用，PBO纖維的極限氧指數(LOI)為68，因此可廣泛應用于航空航天、防火防彈等領域。

聚對苯撐苯并二噁唑(PBO)纖維作為典型高性能纖維材料，是迄今為止比強度最高，耐熱性能最好的有機纖維，但是由于其界面結合性能極差，故無法直接應用于制備高強度復合材料；由于其不耐紫外光照的缺點，導致其使用環境需在弱光或無光的條件下，這兩點缺陷大大限制了其應用范圍。

發明內容

本發明的第一目的是提供一種基于三元共沉積體系仿生修飾的PBO纖維。

本發明的第二目的是提供一種基于三元共沉積體系仿生修飾的PBO纖維的制備方法。

本發明的第三目的是探討基于三元共沉積體系仿生修飾的PBO纖維在制備航空航天、防彈衣等產品中的應用。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：一種基于三元共沉積體系仿生修飾的PBO纖維，所述仿生修飾的PBO纖維標記為PBO@PDA-Si-Ti纖維，其表面沉積有由多巴胺、硅烷偶聯劑KH551、納米TiO₂組成的三元共沉積體系；

所述多巴胺、硅烷偶聯劑KH551、納米TiO₂的重量份數分別為：多巴胺10-40份、硅烷偶聯劑KH551 10-80份、納米TiO₂ 0.5-2份；

所述仿生修飾的PBO纖維的拉伸強度為5.85Gpa，且在經過480h紫外線照射后，仿生修飾的PBO纖維拉伸強度保持率為58.2％，所述仿生修飾的PBO纖維的界面性能為63.5MPa，所述仿生修飾的PBO纖維的接觸角為31.7°，并呈現出親水性。

進一步，所述多巴胺、硅烷偶聯劑KH551、納米TiO₂的重量份數分別為：多巴胺20份、硅烷偶聯劑KH551 40份、納米TiO₂ 1份。

進一步，具體步驟如下：

1)超聲清洗PBO纖維原料；

2)制備由多巴胺、硅烷偶聯劑KH551、納米TiO₂組成三元共沉積液；

3)制備PBO@PDA-Si-Ti纖維。

進一步，步驟1)中所述超聲清洗PBO纖維原料的具體步驟如下：

將PBO纖維放置于丙酮中超聲處理2h，除去PBO纖維表面的漿料和污染物，然后用去離子水清洗兩次，并在40℃的真空烘箱中干燥12h后，放置于干燥塔中避光保存待用。