界面自修复PBO纤维复合材料的制备与表征

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先进树脂基复合材料具有低密度、高强度、耐高温、耐冲击等优异性能,但是复合材料的界面结构在外界载荷作用下容易发生变化,产生微裂痕,并且难以检测和修复,导致了材料的破坏及失效。基于光热转换作用的自修复材料具有制备简单,修复效率高以及能够实现同一区域的多次修复的优点,受到了研究者的广泛关注。但是目前关于复合材料界面自修复的研究仍然较少。PBO纤维是一种高性能纤维,也是常用的增强体材料,氧化石墨烯和金属有机框架(UIO-66和NH2-MIL-88Fe)具有优异的光响应性。本论文通过将氧化石墨烯及金属有机框架同时引入到PBO纤维表面,实现了PBO纤维单丝复合材料的界面自修复,同时提高了PBO纤维的抗紫外性能。本论文采用Hummers法以及微波法分别合成了氧化石墨烯及UIO-66。通过模板组装法,制备了具有同轴结构的PGU(rGO/UIO-66@PBO)纤维,实现了石墨烯及UIO-66对PBO纤维的表面修饰。对PGU纤维的界面自修复性能及抗紫外性能进行了研究。研究结果显示,PGU纤维的力学强度较原PBO纤维改变较小,其单丝拉伸强度为4.32 GPa;在近红外光的照射下,PGU纤维复合材料的界面自修复效率为85.8%,且经5次的循环测试后界面自修复效率仍然高达85.3%;与此同时,PGU纤维显示出优异的抗紫外性能,经紫外光照射288 h,PGU纤维的单丝拉伸强度保持率为73%。NH2-MIL-88Fe也是一种具有优异的光响应性的功能材料,且在200800 nm的波段都有一定的吸收能力,为了进一步提升PBO纤维的界面自修复性能及抗紫外性能,基于上述研究,采用原位组装法,利用Fe3+与羧基的配位作用以及氧化石墨烯与NH2-MIL-88Fe的静电组装作用,制备了PGF(GO/NH2-MIL-88Fe@PBO)纤维,实现了氧化石墨烯及NH2-MIL-88Fe对PBO纤维的表面修饰。研究结果显示PGF纤维同样显示了良好的自修复性能及抗紫外性能,自修复效率达到81.3%,且经5次的循环测试后自修复效率仍然维持在80%;经过紫外光照射288 h,PGF纤维的单丝拉伸强度保持率为56.1%。
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