[发明专利]一种PBO纤维的表面改性方法

说明书

本发明是属于高分子材料领域，尤其涉及一种PBO纤维的表面改性方法，具体采用经修饰的氧化石墨烯对PBO纤维进行改性，具体步骤如下：(1)氧化石墨烯的制备与修饰；(2)PBO纤维的羧基化处理；(3)PBO纤维表面接枝经过修饰的氧化石墨烯；通过上述改性在PBO纤维表面接枝经过修饰的氧化石墨烯，利用修饰氧化石墨烯表面的活性官能团，提高了粗糙度和比表面积，可以解决PBO纤维的表面由于光滑缺乏官能团，导致的其与聚合物基体黏结性较差的问题同时可以提高其力学性能。

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种PBO纤维的表面改性方法。

背景技术

聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)纤维是一种芳杂环高性能纤维，具有高强度、高模量、耐高温、高阻燃的特点，综合性能为有机纤维之最，被誉为21世纪的超级纤维。PBO纤维可应用于航天航空、武器装备、高温过滤、特种防护等尖端领域。上世纪六七十年代，美国空军Wright-Patteron实验室开始了对PBO纤维的基础研究，九十年代Dow化学公司与日本东洋纺合作开发PBO纤维，随后东洋纺中试成功，并推出商业化产品Zylon。而后世界各国对PBO纤维的制备展开了大量的研究。

但是由于PBO分子规则有序的取向结构使得纤维表面非常光滑，分子链之间缺少横向连接，且分子链上的极性杂原子绝大部分裹在纤维内部，纤维表面极性也很小。纤维表面光滑且活性低，不易与聚合物基体结合，致使纤维与树脂基体之间的界面粘结差，界面剪切强度低，不能很好地进行力的传递从而影响复合材料的综合性能，进而制约了PBO纤维在先进复合材料领域中的应用。

PBO纤维的界面改性方法主要有：化学法、共聚法、偶联剂法、等离子体法、辐射法、电晕法、原位聚合法及酶处理法等。化学接枝法作为一种新开辟的多尺度增强体的方法而成为近年来材料领域的研究热点，并逐渐成为纤维表面改性的重要研究方向。

因此能否提供一种性能更加优良的PBO纤维成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的诸多不足之处，提供了一种PBO纤维的表面改性方法，具体采用经修饰的氧化石墨烯对PBO纤维进行改性，具体步骤如下：(1)氧化石墨烯的制备与修饰；(2)PBO纤维的羧基化处理；(3)PBO纤维表面接枝经过修饰的氧化石墨烯；通过上述改性在PBO纤维表面接枝经过修饰的氧化石墨烯，利用修饰氧化石墨烯表面的活性官能团，提高了粗糙度和比表面积，可以解决PBO纤维的表面由于光滑缺乏官能团，导致的其与聚合物基体黏结性较差的问题同时可以提高其力学性能。

本发明的创新之处在于采用经过对苯二胺修饰过的氧化石墨烯接枝到PBO纤维表面进行改性，经过对苯二胺修饰过的氧化石墨烯部分还原，提高了修饰氧化石墨烯的力学性能，既保留了氧化石墨烯表面的活性官能团，又增强了修饰氧化石墨烯与复合材料基体之间的界面相互作用，从而提高了复合材料的界面性能，也进一步提高了复合材料的力学性能。

本申请的具体技术方案如下：

一种PBO纤维的表面改性方法，具体步骤如下：

(1)氧化石墨烯的制备与修饰：

制备氧化石墨，之后在100mL去离子水中加入10mg的氧化石墨，在400W超声波清洗器中超声清洗2h～4h并搅拌溶解，然后加入适量的氨水，调节反应体系的pH值为8～12，之后向反应体系中加入0.1g～1.0g对苯二胺，保持温度在70℃～120℃，反应体系在100～500r/min下机械搅拌反应1h～10h，完全反应后，将产物真空抽滤，干燥处理得到修饰氧化石墨烯；

(2)PBO纤维的羧基化处理：

在装有100ml～500ml浓硝酸的三口烧瓶中，加入适量的PBO纤维，在70℃～85℃条件下，以100～500r/min搅拌反应1.5～3h，冷却到室温，取出PBO纤维，并用去离子水洗涤至中性，真空80℃干燥5h得到羧基化PBO纤维；其中，PBO纤维的加入量为浓硝酸质量的1％-10％；