耐紫外老化PBO纤维改性技术研究进展

聚对苯撑苯并双唑(PBO)纤维是继Kevlar纤维之后的新一代高性能有机纤维,具有高强度、高模量、高耐热性和高阻燃性等优点。但紫外光照射下PBO纤维机械强度急剧下降,制约了其进一步应用和发展。概述了PBO纤维的合成方法,通过PBO纤维晶体结构与分子链结构分析,阐述了紫外老化降解机理,综述了近年来表面涂覆法、化学共聚法以及新型配位键改性法的研究进展,对比分析了3种PBO纤维改性方法的优缺点,并展望了其未来发展方向。

表面构建聚多巴胺制备抗紫外线PBO纤维

基于聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)纤维分子链中噁唑五元环不稳定,紫外光辐射下噁唑环发生开环,大分子发生断裂,导致力学性能急剧下降的问题,通过PBO纤维表面涂覆聚多巴胺(PDA)分子链的方法,合成了耐紫外PBOPDA改性纤维。采用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、广角X射线散射等分析手段研究了表面涂覆对PBO纤维表观形貌、超分子结构、微纳结构及抗紫外老化性能影响。结果表明:经过288 h紫外光辐射,PBO纤维分子链中产生酰胺基团,结晶峰的位置较老化前相对向右移动,结晶区的微小晶体发生相对滑移,结晶度、晶面取向度降低,结晶区出现解取向,原纤间微孔的直径、长度增大,纤维表面出现多条平行排列细长条纹,纤维力学强度急剧下降;而改性PBO-PDA纤维氮气氛围下热分解温度为693.6℃,仍具有良好的热分解稳定性,经紫外老化288 h后的PBO-PDA纤维具有较好抗紫外线能力,表层PDA分子链可有效阻隔紫外光对内部PBO纤维的破坏,纤维结晶度改变较小,纤维内部微孔直径长度增大幅度较小,分子结构没有额外基团产生,拉伸强度仍为1.55 GPa,拉伸强度保留率为37.26%。

V-Ti-Fe三元合金显微组织、氢传输行为及耐蚀性能研究

Nb-Ti-Fe双相合金已被证实具有优异的渗氢性能,有望成为替代传统Pd膜的渗氢材料。V和Nb同属于5B族,具有类似的物理化学性质,但是,V-Ti-Fe双相合金组织转变规律和渗氢性能至今无人研究。基于此,本工作对V-Ti-Fe三元合金的显微组织和渗氢行为开展了详细研究,并探索了热处理和电化学腐蚀对改善渗氢性能的可能性。研究结果表明:V-Ti-Fe三元合金体系中存在一个包共晶凝固反应,即L+TiFe_(2)→Bcc-(V,Ti)+TiFe(1626 K)。液相面投影图中存在三个相区,分别为TiFe相区、TiFe_(2)相区和Bcc-(V,Ti)相区。其中,TiFe相区合金室温组织由初生TiFe相和{Bcc-(V,Ti)+TiFe}共晶结构组成,TiFe_(2)相区合金室温组织由初生TiFe相、TiFe_(2)相和Bcc-(V,Ti)相构成,Bcc-(V,Ti)相区合金室温组织由初生Bcc-(V,Ti)相和TiFe相组成,渗氢性能测试证实了该系合金抗氢脆性能较弱。具体来说,上述三区域内部铸态合金在渗氢实验前均发生了不同程度的破碎,仅V_(2.5)Ti_(62.5)Fe_(35)合金能够渗氢,不过,该合金在渗氢后期发生断裂。最后,本工作采用电化学腐蚀和真空热处理两种方法改善该合金体系的渗氢性能,其中,V_(2.5)Ti_(62.5)Fe_(35)合金具有较高的耐腐蚀性能,经热处理后该合金的渗氢性能明显提升,其在623 K下的氢渗透性能为1.03×10^(-9)mol H_(2)m^(-1)·s^(-1)·Pa^(-0.5)。