[发明专利]一种凝胶辅助的PBO纤维表面无损处理方法

说明书

本发明提供了一种凝胶辅助的PBO纤维表面无损处理方法，包括：制备反应型功能化POSS；制备POSS凝胶因子；通过凝胶辅助技术对PBO纤维进行上浆处理：将POSS凝胶因子溶解于溶剂中，加热至100～140℃并加入反应型功能化POSS混合均匀形成溶胶，即为反应型功能化POSS上浆剂；将反应型功能化POSS上浆剂冷却至80℃至40℃，对PBO纤维进行浸泡上浆处理。本发明基于POSS结构合成反应型功能化的PBO纤维上浆剂，通过对PBO纤维表面进行凝胶辅助的无损上浆处理，改善其与树脂基体的结合，扩大PBO纤维增强树脂基复合材料的应用范围。

技术领域

本发明涉及PBO纤维表面无损处理技术领域，具体涉及一种凝胶辅助的PBO纤维表面无损处理方法。

背景技术

PBO纤维是聚对苯撑苯并二恶唑纤维的简称，其主链中含有苯环及芳杂环组成的刚性棒状分子结构，以及分子链在液晶态纺丝时形成的高度取向的有序结构，因此具有高强度、高模量、耐高温、阻燃等特性，综合性能为所有“有机纤维”之最。由于其优异的综合性能，PBO纤维被广泛应用于航空航天、国防军工等多个工业领域。由于具有较高的分子量、较窄的分子量分布以及较高的结晶度和链段取向程度，PBO纤维表面极为致密、光滑，且具有较高化学惰性，这使得PBO纤维与树脂基体界面间的相容性较差，导致PBO纤维增强树脂基复合材料的设计、制造与应用都受到了较大限制。

目前已有的PBO纤维的表面处理方法包括：化学氧化法、表面化学接枝法、电化学氧化法、等离子体处理法和高能射线辐照处理法等。其中表面化学接枝法是目前应用最广泛的PBO纤维表面处理方法，主要包括聚合物涂层、纳米粒子包覆、表面构筑梯度结构等。传统的表面上浆处理方法由于大量使用低粘度的溶剂，如公开号为CN112760972A的专利公开的一种含苯并噁唑二胺相容剂的PBO纤维上浆剂及其应用，及公开号为CN111825696B的专利公开的一种苯并噁唑离子化合物及包含该化合物的PBO纤维乳液上浆剂及其制备方法等，一次性上浆效果不佳，往往需要多次处理才能达到理想的上浆效果。因此，开发一种能够对PBO纤维表面进行高效处理，并形成长期稳定作用的上浆方法是具有应用价值的。

多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)是一种新型有机-无机杂化材料，其内部无机框架为Si-O-Si键构成的六面体笼型结构，具有良好的的结构对称性，其外部在每个Si原子上可带有多种有机基团(R基)向外延伸。R基末端可为H及活性或非活性基团，如环氧基、氨基、羧基、烯基、烷基、羟基、芳基等。多变的R基的引入使POSS具有很好的反应活性及相容性。由于其特殊的纳米结构、纳米尺寸效应、交联效应等，POSS常作为聚合物改性的材料。如公开号为CN102634976A的专利公开的表面沉积(POSS/TiO₂)n薄膜增强PBO纤维耐紫外光稳定性的方法将(POSS/TiO₂)n沉积在PBO纤维表面，以增加纤维表面的粗糙度及与树脂间界面的结合力。因此以功能化的POSS为上浆剂分子可改善PBO纤维的表面活性以及表面粗糙度，改善纤维与树脂的界面结合力。同时，特定结构的POSS可以作为凝胶因子，在液体介质中聚集、自组装形成延伸的纤维状聚集体，并进一步限制液体分子的流动而形成凝胶(Chem.Commun.,2014,50,718)。因此，以POSS凝胶因子将上浆所用溶剂凝胶化后辅助上浆，可降低溶剂的用量及上浆效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种凝胶辅助的PBO纤维表面无损处理方法，通过对PBO纤维表面进行凝胶辅助的无损上浆处理，改善其与树脂基体的结合，扩大PBO纤维增强树脂基复合材料的应用范围。

本发明创新性地提供了一种凝胶辅助的PBO纤维表面无损处理技术，基于POSS结构合成反应型功能化的PBO纤维上浆剂，并利用凝胶辅助技术对PBO纤维进行无损处理。