专利名称：Pbo/单壁碳纳米管复合纤维的热处理方法
技术领域：
本发明涉及一种复合纤维的热处理方法。
背景技术：
以4,6-二氨基间苯二酚盐酸盐(DADHB)和对苯二甲酸(PTA)为聚合单体， 在多聚磷酸中縮聚可得液晶PBO(Poly-p-phenylene-benzobisthiazole)聚合物，采
用干喷-湿法纺丝工艺可制得PBO纤维，结构式如下
PBO纤维是聚对苯撑苯并双噁唑纤维(Poly-p-phenylene-benzobisthiazole) 的简称，是含有杂环芳香族的聚酰胺家族中最有发展前途的一个成员，是目前 世界上强度最高的工业纤维。它的拉伸强度达5.8GPa，拉伸模量为280 380 GPa，热分解温度高达65(TC，而密度仅为1.56x103kg/m3。 -
单壁碳纳米管(Single-wallednanotubes， SWNT)这种由石墨片层巻曲而形 成的碳纳米管是继石墨、金刚石、富勒烯之后发现的又一种单质形态的碳， 美国碳纳米管技术公司(Carbon Nanotechnologies Inc. C-NI)在PBO中加入 10wtn/。单壁碳纳米管(SWNT)制得PBO/SWNT复合纤维，经实验研究，该 复合纤维对能量的吸收性能是纯PBO的二倍，其拉伸强度可达到8GPa以上， 其综合性能超过了PBO纤维，引起来广泛的关注。
要制备PB0/SWNT复合纤维，首先要解决的就是S丽T在PB0基体中的分散 问题。由于S丽T的表面积很大，表面能高，因此，制备出的S丽T基本上以管 束的形式存在，并团聚在一起。团聚的纳米管束不能充分发挥SWNT对PBO基 体的增强作用。所以含有单壁碳纳米管的PBO复合纤维中很难形成完整的微 晶结构。
本发明的目的是为了解决PBO/单壁碳纳米管复合纤维微晶结构不完善的 问题，提供了一种PBO/单壁碳纳米管复合纤维的热处理方法。
发明内容
本发明PBO/单壁碳纳米管复合纤维的热处理方法如下将PBO/单壁碳纳 米管复合纤维放入直径为10mm 20mm、长度为0.6m 1.2m的耐高温陶瓷管 中，然后在氮气保护、缠绕于耐高温陶瓷管外部电阻丝的功率为500W 2000W、 变压器电压小于220V、耐高温陶瓷管内部温度为室温至80(TC、 PBO/单壁碳 纳米管复合纤维张力小于10g/d的条件下对PBO/单壁碳纳米管复合纤维处理 ls 10min。
本发明耐高温陶瓷管外部用石棉保温层保温；用热电偶控制耐高温陶瓷管 内部的温度。
由图1可以看出(200)晶面的衍射峰强度越来越尖锐，说明PBO/单壁碳 纳米管复合纤维经热处理后形成了完整的微晶结构。经测试未处理的PBO/单 壁碳纳米管复合纤维的拉伸强度为3.2GPa，经30(TC热处理后拉伸强度为 3.7GPa，经500'C热处理后拉伸强度为4.6GPa，可见，经热处理后其力学性能 有较大提高。
图1是PBO纤维和经过热处理的PBO/单壁碳纳米管复合纤维的XRD衍 射图谱，a为PBO纤维的XRD曲线，b为经过50(TC热处理后的PBO/单壁碳 纳米管复合纤维的XRD曲线，c为经过30(TC热处理后的PBO/单壁碳纳米管 复合纤维的XRD曲线。
具体实施例方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式
，还包括各具体实施方 式间的任意组合。
具体实施方式
一本实施方式中PBO/单壁碳纳米管复合纤维的热处理方法
如下将PBO/单壁碳纳米管复合纤维放入直径为10mm 20mm、长度为 0.6m 1.2m的耐高温陶瓷管中，然后在氮气保护、缠绕于耐高温陶瓷管外部电 阻丝的功率为500W 2000W、变压器电压小于220V、耐高温陶瓷管内部温度 为室温至800°C 、PBO/单壁碳纳米管复合纤维张力小于10g/d的条件下对PBO/ 单壁碳纳米管复合纤维处理ls 10min。
本实施方式中的PBO/单壁碳纳米管复合纤维的制备方法如下 一、将 PBO/单壁碳纳米管聚合物加热到160°C~200°C ，然后在真空度为-0.08 -0.1MPa的条件下真空脱泡12h 72h，脱泡后在N2保护的条件下，采取电阻丝加热或 高温热油加热的方式使脱泡后PBO/单壁碳纳米管聚合物的温度为 160。C 20(TC，然后沉降12h 72h后制得纺丝液；二、在温度为160°C~200°C、 纺丝压力小于30 MPa的条件下，将纺丝液经过5 10层细度为80 800目的滤 网过滤，再经过孔径为0.15mm 0.8mm的喷丝板得到直径为0.15mm 0.8mm 的丝；三、在N2保护、空气隙长度为10cm 50cm、拉伸比为1~150的条件下 将步骤二制得的丝拉伸，然后经过一组凝固浴，在温度为4(TC 10(TC的条件下 再经过水洗浴，即得PBO/单壁碳纳米管复合纤维；其中步骤三中的一组凝固 浴由磷酸水溶液构成，浓度依次降低，温度依次升高，起始浓度为60maSS%， 截止浓度为0.1maSS%，起始温度为-2(TC，截止温度为40。C;步骤三中的水洗 浴由NaHC03或KHC03溶于去离子水后得到的浓度小于10massW的水溶液构 成。
本实施方式中PBO/单壁碳纳米管聚合物的制备方法如下一、将用于PBO 聚合的含有单壁碳纳米管单体复合物(申请日2008年5月21日，申请号； 200810064550.4，专利名称为《用于PBO聚合的含有单壁碳纳米管单体复合 物的制备方法》)与多聚磷酸按照1: 3.2 4.5的质量比混合，然后在温度为 rC 80。C、 N2保护的条件下搅拌12h 72h得到混合溶液；二、将温度为 100 12(TC的P205加入到步骤一制备的混合溶液中，然后在N2气保护的条件 下升温至14(TC 16(TC反应2h 10h;三、步骤二得到的反应产物用双螺杆挤出 机反复挤出1 10次，即得PBO/单壁碳纳米管聚合物；其中步骤一多聚磷酸中 P205的含量为82mass %~84,5mass%;步骤二中的P205在24h的内加入到步骤 一制备的混合溶液中；步骤二中P205与步骤一制备的混合溶液的质量比为 1.2~1.5: 1;步骤三中双螺杆挤出机螺杆各区段的起始温度为180°C、截止温 度为21(TC，反应物料在螺杆中停留时间为5min 60min。
具体实施方式
二本实施方式与具体实施方式
一不同的是耐高温陶瓷管外 部用石棉保温层保温。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一不同的是用热电偶控制耐 高温陶瓷管内部的温度。其它与具体实施方式
一相同。
权利要求
1、一种PBO/单壁碳纳米管复合纤维的热处理方法，其特征在于PBO/单壁碳纳米管复合纤维的热处理方法如下将PBO/单壁碳纳米管复合纤维放入直径为10mm～20mm、长度为0.6m～1.2m的耐高温陶瓷管中，然后在氮气保护、缠绕于耐高温陶瓷管外部电阻丝的功率为500W～2000W、变压器电压小于220V、耐高温陶瓷管内部温度为室温至800℃、PBO/单壁碳纳米管复合纤维张力小于10g/d的条件下对PBO/单壁碳纳米管复合纤维处理1s～10min。
2、 根据权利要求l所述的PBO/单壁碳纳米管复合纤维的热处理方法，其 特征在于耐高温陶瓷管外部用石棉保温层保温。
3、 根据权利要求l所述的PBO/单壁碳纳米管复合纤维的热处理方法，其 特征在于用热电偶控制耐高温陶瓷管内部的温度。
全文摘要
PBO/单壁碳纳米管复合纤维的热处理方法，他涉及一种复合纤维的热处理方法。本发明解决了PBO/单壁碳纳米管复合纤维微晶结构不完善的问题。本发明方法如下将PBO/单壁碳纳米管复合纤维放入直径为10mm～20mm、长度为0.6m～1.2m的耐高温陶瓷管中，然后在氮气保护、缠绕于耐高温陶瓷管外部电阻丝的功率为500W～2000W、变压器电压小于220V、耐高温陶瓷管内部温度为室温至800℃、PBO/单壁碳纳米管复合纤维张力小于10g/d的条件下对PBO/单壁碳纳米管复合纤维处理1s～10min。由图1可以看出(200)晶面的衍射峰强度越来越尖锐，说明PBO/单壁碳纳米管复合纤维经热处理后形成了完整的微晶结构。
文档编号D01D10/02GK101338458SQ20081013688
公开日2009年1月7日 申请日期2008年8月8日 优先权日2008年8月8日
发明者宋元军, 宏 林, 峰 王, 娜 胡, 黄玉东 申请人:哈尔滨工业大学