CN103590234B - 一种氧化锌纳米线改性pbo纤维的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种氧化锌纳米线改性PBO纤维的制备方法，它涉及一种改性PBO纤维的方法。本发明的目的是耍解决现有PBO纤维表面光滑导致与基体树脂浸润性差及原子氧引发导致PBO纤维分子链断裂，纤维力学性能下降的问题。步骤:一、活化PBO纤维;二、制备乙酸锌溶液;三、制备氢氧化钠溶液;四、制备氧化锌种子溶液;五、搅拌、干燥;六、生长。优点:一、氧化锌纳米线在PBO纤维表面均匀、密集的生长;二、PBO纤维改性后增强环氧树脂较改性前增强环氧树脂的界面剪切强度提高了20%～41%;三、相同原子氧暴露时间，氧化锌纳米线改性PBO纤维的拉伸强度保持率较PBO纤维高10%～21%。本发明可获得氧化锌纳米线改性的PBO纤维。

Description

一种氧化锌纳米线改性PBO纤维的制备方法

技术领域

本发明涉及一种改性PBO纤维的方法。

背景技术

PBO纤维是聚对苯撑苯并双噁唑纤维的简称，作为一种高性能的芳香族杂环聚合物，是通过液晶纺丝制得的一种高性能纤维。它具有优异的力学性能、耐热性能和阻燃性能，其强度超过碳纤维、Kevlar纤维等，被誉为“21世纪的超级纤维”。PBO纤维由于这些优异的综合性能，其制备的复合材料作为先进结构材料广泛地应用于航空、航天以及行星探测等高新技术领域。PBO纤维的结构如下：

PBO纤维的皮芯结构使得其表面非常光滑，呈惰性，不易与树脂基体浸润，从而导致复合材料的界面粘结强度低，严重制约了其在复合材料中的应用。近年来，已经有大量研究对PBO纤维进行表面修饰，主要包括：(1)等离子体处理；(2)高能射线辐照处理；(3)化学接枝法。上述这些方法在提高PBO纤维界面性能方面均取得了一定的进展，但它们通常以牺牲纤维本体的拉伸强度为代价，不利于复合材料综合性能的充分发挥。

在距地球表面200-700km高度的低地球轨道(Low Earth Orbit，LEO)空间环境中，存在着原子氧、紫外辐照、电子、质子、微流星及空间碎片等因素。其中，原子氧无疑是最重要、最危险的因素。在原子氧环境下，航天器结构材料会出现表面形貌改变、质量损失和力学性能下降等变化。尤其是对于聚合物材料，当紫外辐射的剂量积累到某个阈值时，其对原子氧的敏感度会大大提高，这将会加速材料表面的剥蚀速度。

当航天器在LEO中运行时会不断受到冷热交替循环，PBO纤维与环氧树脂基体由于热膨胀系数不同会在它们的界面处产生高的热应力，从而导致裂纹的产生。原子氧进而侵蚀到复合材料的弱界面结合处，造成纤维与树脂基体脱粘，进而导致复合材料的力学性能大幅下降。

因此，现有的PBO纤维存在表面光滑导致与基体树脂浸润性差及原子氧引发导致PBO纤维分子链断裂，纤维力学性能下降的问题。

发明内容

本发明的目的是要解决现有PBO纤维表面光滑导致与基体树脂浸润性差及原子氧引发导致PBO纤维分子链断裂，纤维力学性能下降的问题，而提供的一种氧化锌纳米线改性PBO纤维的制备方法。

一种氧化锌纳米线改性PBO纤维的制备方法具体是按以下步骤完成的：

一、活化PBO纤维：①首先将PBO纤维缠绕在方形玻璃框架上，然后浸入到质量分数为20%～80%的硫酸中，在室温和搅拌速度50r/min～200r/min的条件下硫酸处理1h～4h，得到硫酸处理后的纤维；②将步骤一①得到的硫酸处理后的纤维使用去离子水洗涤2次～6次，得到去离子水洗涤后的纤维；③将步骤一②得到的去离子水洗涤后的纤维在温度为80℃～150℃下干燥30min～60min，得到活化PBO纤维；

二、制备乙酸锌溶液：①将二水合乙酸锌加入到无水乙醇中，在温度为30℃～80℃和搅拌速度为300r/min～600r/min的条件下搅拌至二水合乙酸锌完全溶解，得到乙酸锌/乙醇溶液；②将步骤二①得到的乙酸锌/乙醇溶液加热至50℃～80℃，得到加热后的乙酸锌/乙醇溶液；

步骤二①所述的二水合乙酸锌的质量与无水乙醇的体积比为(0.01g～0.05g):1mL；

三、制备氢氧化钠溶液：①将氢氧化钠加入到无水乙醇中，在温度为30℃～80℃和搅拌速度为300r/min～600r/min的条件下搅拌至氢氧化钠完全溶解，得到氢氧化钠/乙醇溶液；②将步骤三①得到的氢氧化钠/乙醇溶液加热至50℃～80℃，得到加热后的氢氧化钠/乙醇溶液；

步骤三①中所述的氢氧化钠的质量与无水乙醇的体积比为(0.001g～0.005g):1mL；

四、制备氧化锌种子溶液：将步骤二②得到的加热后的乙酸锌/乙醇溶液和步骤三②得到的加热后的氢氧化钠/乙醇溶液混合均匀后加入到密封玻璃容器中，在搅拌速度为300r/min～600r/min的条件下搅拌30min～60min后采用冰浴对密封玻璃容器进行冷却，冷却时间为10min～30min，得到氧化锌种子溶液；

步骤四中所述的加热后的乙酸锌/乙醇溶液的体积与加热后的氢氧化钠/乙醇溶液的体积比为(1.5～4.5):1；

五、搅拌、干燥：①将步骤一得到的活化PBO纤维浸入到步骤四得到的氧化锌种子溶液中，在室温下以300r/min～600r/min的搅拌速度搅拌10min～20min，然后在温度为100℃～200℃下干燥1min～10min；②重复步骤五①3～4次，得到吸附有纳米氧化锌生长晶核的PBO纤维；

六、生长：①将乌洛托品加入到超纯水中，待完全溶解后得到乌洛托品水溶液；②向步骤六①得到的乌洛托品水溶液中加入六水合硝酸锌，得到乌洛托品/硝酸锌水溶液；③将步骤六②得到的乌洛托品/硝酸锌水溶液加热至70℃～110℃，得到加热后的乌洛托品/硝酸锌水溶液；④将步骤五②得到的吸附有纳米氧化锌生长晶核的PBO纤维浸入到步骤六③得到的加热后的乌洛托品/硝酸锌水溶液中，在搅拌速度为300r/min～600r/min下搅拌1h～10h；⑤将步骤六④中吸附有纳米氧化锌生长晶核的PBO纤维取出，使用去离子水洗涤2次～6次后在80℃～150℃下干燥30min～60min，得到氧化锌纳米线改性PBO纤维；

步骤六①中所述的乌洛托品的质量与超纯水的体积比为(0.0002g～0.004g):1mL；

步骤六②所述的六水合硝酸锌的质量与步骤六①所述的超纯水的体积比为(0.0002g～0.008g):1mL。

本发明的优点：一、本发明氧化锌纳米线在PBO纤维表面均匀、密集的生长，提高了PBO纤维表面的粗糙程度，PBO纤维改性后增强环氧树脂较改性前增强环氧树脂的界面剪切强度提高了20%～41%；二、本发明氧化锌纳米线在PBO纤维表面均匀、密集的生长，从而形成了有效的屏蔽防护层，相同原子氧暴露时间，氧化锌纳米线改性PBO纤维的拉伸强度保持率较PBO纤维高10%～21%。

本发明可获得氧化锌纳米线改性的PBO纤维。

附图说明

图1是试验一制备得到的氧化锌纳米线改性PBO纤维放大5000倍SEM图；

图2是试验一制备得到的氧化锌纳米线改性PBO纤维的SEM截面图；

图3是不同原子氧暴露时间下的拉伸强度保持率曲线，其中a是不同原子氧暴露时间下的PBO纤维的拉伸强度保持率曲线，b是不同原子氧暴露时间下的氧化锌纳米线改性PBO纤维的拉伸强度保持率曲线；

图4是试验二制备得到的氧化锌纳米线改性PBO纤维放大5000倍SEM图；

图5是试验二制备得到的氧化锌纳米线改性PBO纤维放大40000倍SEM图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式是一种氧化锌纳米线改性PBO纤维的制备方法具体是按以下步骤完成的：

一、活化PBO纤维：①首先将PBO纤维缠绕在方形玻璃框架上，然后浸入到质量分数为20%～80%的硫酸中，在室温和搅拌速度50r/min～200r/min的条件下硫酸处理1h～4h，得到硫酸处理后的纤维；②将步骤一①得到的硫酸处理后的纤维使用去离子水洗涤2次～6次，得到去离子水洗涤后的纤维；③将步骤一②得到的去离子水洗涤后的纤维在温度为80℃～150℃下干燥30min～60min，得到活化PBO纤维；

二、制备乙酸锌溶液：①将二水合乙酸锌加入到无水乙醇中，在温度为30℃～80℃和搅拌速度为300r/min～600r/min的条件下搅拌至二水合乙酸锌完全溶解，得到乙酸锌/乙醇溶液；②将步骤二①得到的乙酸锌/乙醇溶液加热至50℃～80℃，得到加热后的乙酸锌/乙醇溶液；

步骤二①所述的二水合乙酸锌的质量与无水乙醇的体积比为(0.01g～0.05g):1mL；

三、制备氢氧化钠溶液：①将氢氧化钠加入到无水乙醇中，在温度为30℃～80℃和搅拌速度为300r/min～600r/min的条件下搅拌至氢氧化钠完全溶解，得到氢氧化钠/乙醇溶液；②将步骤三①得到的氢氧化钠/乙醇溶液加热至50℃～80℃，得到加热后的氢氧化钠/乙醇溶液；

步骤三①中所述的氢氧化钠的质量与无水乙醇的体积比为(0.001g～0.005g):1mL；

四、制备氧化锌种子溶液：将步骤二②得到的加热后的乙酸锌/乙醇溶液和步骤三②得到的加热后的氢氧化钠/乙醇溶液混合均匀后加入到密封玻璃容器中，在搅拌速度为300r/min～600r/min的条件下搅拌30min～60min后采用冰浴对密封玻璃容器进行冷却，冷却时间为10min～30min，得到氧化锌种子溶液；

步骤四中所述的加热后的乙酸锌/乙醇溶液的体积与加热后的氢氧化钠/乙醇溶液的体积比为(1.5～4.5):1；

五、搅拌、干燥：①将步骤一得到的活化PBO纤维浸入到步骤四得到的氧化锌种子溶液中，在室温下以300r/min～600r/min的搅拌速度搅拌10min～20min，然后在温度为100℃～200℃下干燥1min～10min；②重复步骤五①3～4次，得到吸附有纳米氧化锌生长晶核的PBO纤维；

六、生长：①将乌洛托品加入到超纯水中，待完全溶解后得到乌洛托品水溶液；②向步骤六①得到的乌洛托品水溶液中加入六水合硝酸锌，得到乌洛托品/硝酸锌水溶液；③将步骤六②得到的乌洛托品/硝酸锌水溶液加热至70℃～110℃，得到加热后的乌洛托品/硝酸锌水溶液；④将步骤五②得到的吸附有纳米氧化锌生长晶核的PBO纤维浸入到步骤六③得到的加热后的乌洛托品/硝酸锌水溶液中，在搅拌速度为300r/min～600r/min下搅拌1h～10h；⑤将步骤六④中吸附有纳米氧化锌生长晶核的PBO纤维取出，使用去离子水洗涤2次～6次后在80℃～150℃下干燥30min～60min，得到氧化锌纳米线改性PBO纤维；

步骤六①中所述的乌洛托品的质量与超纯水的体积比为(0.0002g～0.004g):1mL；

步骤六②所述的六水合硝酸锌的质量与步骤六①所述的超纯水的体积比为(0.0002g～0.008g):1mL。

本实施方式的优点：一、本实施方式氧化锌纳米线在PBO纤维表面均匀、密集的生长，提高了PBO纤维表面的粗糙程度，PBO纤维改性后增强环氧树脂较改性前增强环氧树脂的界面剪切强度提高了20%～41%；二、本实施方式氧化锌纳米线在PBO纤维表面均匀、密集的生长，从而形成了有效的屏蔽防护层，相同原子氧暴露时间，氧化锌纳米线改性PBO纤维的拉伸强度保持率较PBO纤维高10%～21%。

本实施方式可获得氧化锌纳米线改性的PBO纤维。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤一①中首先将PBO纤维缠绕在方形玻璃框架上，然后将绕在方形玻璃框架上的纤维浸入到质量分数为40%～80%的硫酸中，在室温和搅拌速度100r/min～200r/min的条件下搅拌2h～4h，得到硫酸处理后的纤维。其他步骤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或二之一不同点是：步骤一③中将步骤一②得到的去离子水洗涤后的纤维在温度为100℃～150℃下干燥40min～60min，得到活化的PBO纤维。其他步骤与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤二①所述的二水合乙酸锌的质量与无水乙醇的体积比为(0.02g～0.05g):1mL。其他步骤与具体实施方式一至三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤三①中所述的氢氧化钠的质量与无水乙醇的体积比为(0.002g～0.005g):1mL。其他步骤与具体实施方式一至四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤四中将步骤二②得到的加热后的乙酸锌/乙醇溶液和步骤三②得到的加热后的氢氧化钠/乙醇溶液混合均匀后加入到密封玻璃容器中，在搅拌速度为400r/min～600r/min的条件下搅拌40min～60min后采用冰浴对密封玻璃容器进行冷却，冷却时间为15min～30min，得到氧化锌种子溶液。其他步骤与具体实施方式一至五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤四中所述的加热后的乙酸锌/乙醇溶液的体积与加热后的氢氧化钠/乙醇溶液的体积比为(2～4):1。其他步骤与具体实施方式一至六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤五①中将步骤一得到的活化PBO纤维浸入到步骤四得到的氧化锌种子溶液中，在室温下以400r/min～600r/min的搅拌速度搅拌15min～20min；然后在温度为150℃～200℃下干燥5min～10min。其他步骤与具体实施方式一至七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤六①中所述的乌洛托品的质量与超纯水的体积比为(0.001g～0.004g):1mL。其他步骤与具体实施方式一至八相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：步骤六②所述的六水合硝酸锌的质量与步骤六①所述的超纯水的体积比为(0.001g～0.008g):1mL。其他步骤与具体实施方式一至九相同。

采用下述试验验证本发明效果：

试验一：一种氧化锌纳米线改性PBO纤维的制备方法具体是按以下步骤完成的：

一、活化PBO纤维：①首先将PBO纤维缠绕在方形玻璃框架上，然后浸入到质量分数为50%的硫酸中，在室温和搅拌速度100r/min的条件下硫酸处理4h，得到硫酸处理后的纤维；②将步骤一①得到的硫酸处理后的纤维使用去离子水洗涤4次，得到去离子水洗涤后的纤维；③将步骤一②得到的去离子水洗涤后的纤维在温度为100℃下干燥30min，得到活化PBO纤维；

二、制备乙酸锌溶液：①将二水合乙酸锌加入到无水乙醇中，在温度为40℃和搅拌速度为500r/min的条件下搅拌至二水合乙酸锌完全溶解，得到乙酸锌/乙醇溶液；②将步骤二①得到的乙酸锌/乙醇溶液加热至65℃，得到加热后的乙酸锌/乙醇溶液；

步骤二①所述的二水合乙酸锌的质量与无水乙醇的体积比为0.035g:1mL；

三、制备氢氧化钠溶液：①将氢氧化钠加入到无水乙醇中，在温度为50℃和搅拌速度为400r/min的条件下搅拌至氢氧化钠完全溶解，得到氢氧化钠/乙醇溶液；②将步骤三①得到的氢氧化钠/乙醇溶液加热至65℃，得到加热后的氢氧化钠/乙醇溶液；

步骤三①中所述的氢氧化钠的质量与无水乙醇的体积比为0.0025g:1mL；

四、制备氧化锌种子溶液：将步骤二②得到的加热后的乙酸锌/乙醇溶液和步骤三②得到的加热后的氢氧化钠/乙醇溶液混合均匀后加入到密封玻璃容器中，在搅拌速度为400r/min的条件下搅拌40min后采用冰浴对密封玻璃容器进行冷却，冷却时间为20min，得到氧化锌种子溶液；

步骤四中所述的加热后的乙酸锌/乙醇溶液的体积与加热后的氢氧化钠/乙醇溶液的体积比为3:1；

五、搅拌、干燥：①将步骤一得到的活化PBO纤维浸入到步骤四得到的氧化锌种子溶液中，在室温下以400r/min的搅拌速度搅拌15min，然后在温度为150℃下干燥10min；②重复步骤五①3次，得到吸附有纳米氧化锌生长晶核的PBO纤维；

六、生长：①将乌洛托品加入到超纯水中，待完全溶解后得到乌洛托品水溶液；②向步骤六①得到的乌洛托品水溶液中加入六水合硝酸锌，得到乌洛托品/硝酸锌水溶液；③将步骤六②得到的乌洛托品/硝酸锌水溶液加热至90℃，得到加热后的乌洛托品/硝酸锌水溶液；④将步骤五②得到的吸附有纳米氧化锌生长晶核的PBO纤维浸入到步骤六③得到的加热后的乌洛托品/硝酸锌水溶液中，在搅拌速度为400r/min下搅拌2h；⑤将步骤六④中吸附有纳米氧化锌生长晶核的PBO纤维取出，使用去离子水洗涤4次后在100℃下干燥30min，得到氧化锌纳米线改性PBO纤维；

步骤六①中所述的乌洛托品的质量与超纯水的体积比为0.0005g:1mL；

步骤六②所述的六水合硝酸锌的质量与步骤六①所述的超纯水的体积比为0.001g:1mL。

使用扫描电镜对试验一制备得到的氧化锌纳米线改性的PBO纤维进行微观形貌观察，如图1和图2所示，图1是试验一制备得到的氧化锌纳米线改性PBO纤维放大5000倍SEM图，图2是试验一制备得到的氧化锌纳米线改性PBO纤维的SEM截面图。

从图1中可以看到在PBO纤维表面均匀覆盖一层垂直生长的氧化锌纳米线。由于氧化锌本身具有较大的键能，对原子氧具有很好的抵抗作用。致密的氧化锌纳米线形成一层屏蔽层从而对PBO纤维本体起到保护作用。

从图2中可以清楚地看到氧化锌纳米线垂直生长在PBO纤维表面，并且密度非常致密。这张图片进一步表明本发明能够起到原子氧屏蔽层的作用。

利用微机控制电子拉力试验机进行纤维单丝拉伸强度测试，如图3所示，图3是不同原子氧暴露时间下的拉伸强度保持率曲线，其中a是不同原子氧暴露时间下的PBO纤维的拉伸强度保持率曲线，b是不同原子氧暴露时间下的氧化锌纳米线改性PBO纤维的拉伸强度保持率曲线；

原子氧暴露试验采用的装置是北京航空航天大学灯丝放电磁场约束型(IFM)地面模拟设备。实验条件为温度60～70℃，真空气压1.4×10^-1Pa，原子氧能量0.01～0.05eV，原子氧通量密度8.02×10¹⁵atoms/cm²·s。本实验选取了不同的原子氧暴露时间4.0h，8.0h，12.0h，16.0h和20.0h。然后，将经过暴露实验的PBO纤维和氧化锌纳米线改性PBO纤维进行拉伸强度测试，从而得到纤维的拉伸强度保持率。

从图3中可以看出随原子氧暴露时间的增加，由于原子氧对PBO纤维的侵蚀作用，使其分子链发生断裂，PBO纤维的拉伸强度迅速下降。当原子氧暴露时间达到20小时时，PBO纤维的拉伸强度保持率仅为26.3%；而对于氧化锌纳米线改性PBO纤维而言，当原子氧暴露时间达到20小时时，氧化锌纳米线改性PBO纤维的拉伸强度保持率为46.5%，由于氧化锌纳米线的保护作用，纤维的拉伸强度保持率明显高于PBO纤维。

试验二：一种氧化锌纳米线改性PBO纤维的制备方法具体是按以下步骤完成的：

一、活化PBO纤维：①首先将PBO纤维缠绕在方形玻璃框架上，然后浸入到质量分数为60%的硫酸中，在室温和搅拌速度80r/min的条件下硫酸处理3h，得到硫酸处理后的纤维；②将步骤一①得到的硫酸处理后的纤维使用去离子水洗涤4次，得到去离子水洗涤后的纤维；③将步骤一②得到的去离子水洗涤后的纤维在温度为100℃下干燥30min，得到活化PBO纤维；

二、制备乙酸锌溶液：①将二水合乙酸锌加入到无水乙醇中，在温度为40℃和搅拌速度为500r/min的条件下搅拌至二水合乙酸锌完全溶解，得到乙酸锌/乙醇溶液；②将步骤二①得到的乙酸锌/乙醇溶液加热至65℃，得到加热后的乙酸锌/乙醇溶液；

步骤二①所述的二水合乙酸锌的质量与无水乙醇的体积比为0.03g:1mL；

三、制备氢氧化钠溶液：①将氢氧化钠加入到无水乙醇中，在温度为40℃和搅拌速度为500r/min的条件下搅拌至氢氧化钠完全溶解，得到氢氧化钠/乙醇溶液；②将步骤三①得到的氢氧化钠/乙醇溶液加热至65℃，得到加热后的氢氧化钠/乙醇溶液；

步骤三①中所述的氢氧化钠的质量与无水乙醇的体积比为0.002g:1mL；

四、制备氧化锌种子溶液：将步骤二②得到的加热后的乙酸锌/乙醇溶液和步骤三②得到的加热后的氢氧化钠/乙醇溶液混合均匀后加入到密封玻璃容器中，在搅拌速度为500r/min的条件下搅拌30min后采用冰浴对密封玻璃容器进行冷却，冷却时间为20min，得到氧化锌种子溶液；

步骤四中所述的加热后的乙酸锌/乙醇溶液的体积与加热后的氢氧化钠/乙醇溶液的体积比为2.5:1；

五、搅拌、干燥：①将步骤一得到的活化PBO纤维浸入到步骤四得到的氧化锌种子溶液中，在室温下以400r/min的搅拌速度搅拌15min，然后在温度为150℃下干燥5min；②重复步骤五①4次，得到吸附有纳米氧化锌生长晶核的PBO纤维；

六、生长：①将乌洛托品加入到超纯水中，待完全溶解后得到乌洛托品水溶液；②向步骤六①得到的乌洛托品水溶液中加入六水合硝酸锌，得到乌洛托品/硝酸锌水溶液；③将步骤六②得到的乌洛托品/硝酸锌水溶液加热至90℃，得到加热后的乌洛托品/硝酸锌水溶液；④将步骤五②得到的吸附有纳米氧化锌生长晶核的PBO纤维浸入到步骤六③得到的加热后的乌洛托品/硝酸锌水溶液中，在搅拌速度为400r/min下搅拌4h；⑤将步骤六④中吸附有纳米氧化锌生长晶核的PBO纤维取出，使用去离子水洗涤4次后在100℃下干燥30min，得到氧化锌纳米线改性PBO纤维；

步骤六①中所述的乌洛托品的质量与超纯水的体积比为0.0009g:1mL；

步骤六②所述的六水合硝酸锌的质量与步骤六①所述的超纯水的体积比为0.0019g:1mL；

使用扫描电镜对试验二制备得到的氧化锌纳米线改性的PBO纤维进行微观形貌观察，如图4和图5所示，图4是试验二制备得到的氧化锌纳米线改性PBO纤维放大5000倍SEM图；图5是试验二制备得到的氧化锌纳米线改性PBO纤维放大40000倍SEM图。

从图4和图5可以看出，氧化锌纳米线均匀且致密的生长在PBO纤维表面。这些坚硬的纳米线能够刺入树脂基体，起到锚定作用，从而增强纤维与树脂基体之间的机械锁合作用；此外，氧化锌纳米线表面拥有大量的羟基官能团，有利于提高纤维与树脂基体之间的浸润性。基于以上两点，PBO纤维复合材料的界面性能从而得到提高。氧化锌纳米线改性PBO纤维增强环氧树脂较PBO纤维增强环氧树脂的界面剪切强度提高了41%。

Claims (2)

1.一种氧化锌纳米线改性PBO纤维的制备方法，其特征在于一种氧化锌纳米线改性PBO纤维的制备方法具体是按以下步骤完成的：

一、活化PBO纤维：①首先将PBO纤维缠绕在方形玻璃框架上，然后浸入到质量分数为50％的硫酸中，在室温和搅拌速度100r/min的条件下硫酸处理4h，得到硫酸处理后的纤维；②将步骤一①得到的硫酸处理后的纤维使用去离子水洗涤4次，得到去离子水洗涤后的纤维；③将步骤一②得到的去离子水洗涤后的纤维在温度为100℃下干燥30min，得到活化PBO纤维；

二、制备乙酸锌溶液：①将二水合乙酸锌加入到无水乙醇中，在温度为40℃和搅拌速度为500r/min的条件下搅拌至二水合乙酸锌完全溶解，得到乙酸锌/乙醇溶液；②将步骤二①得到的乙酸锌/乙醇溶液加热至65℃，得到加热后的乙酸锌/乙醇溶液；

步骤二①所述的二水合乙酸锌的质量与无水乙醇的体积比为0.035g:1mL；

三、制备氢氧化钠溶液：①将氢氧化钠加入到无水乙醇中，在温度为50℃和搅拌速度为400r/min的条件下搅拌至氢氧化钠完全溶解，得到氢氧化钠/乙醇溶液；②将步骤三①得到的氢氧化钠/乙醇溶液加热至65℃，得到加热后的氢氧化钠/乙醇溶液；

步骤三①中所述的氢氧化钠的质量与无水乙醇的体积比为0.0025g:1mL；

四、制备氧化锌种子溶液：将步骤二②得到的加热后的乙酸锌/乙醇溶液和步骤三②得到的加热后的氢氧化钠/乙醇溶液混合均匀后加入到密封玻璃容器中，在搅拌速度为400r/min的条件下搅拌40min后采用冰浴对密封玻璃容器进行冷却，冷却时间为20min，得到氧化锌种子溶液；

步骤四中所述的加热后的乙酸锌/乙醇溶液的体积与加热后的氢氧化钠/乙醇溶液的体积比为3:1；

五、搅拌、干燥：①将步骤一得到的活化PBO纤维浸入到步骤四得到的氧化锌种子溶液中，在室温下以400r/min的搅拌速度搅拌15min，然后在温度为150℃下干燥10min；②重复步骤五①3次，得到吸附有纳米氧化锌生长晶核的PBO纤维；

六、生长：①将乌洛托品加入到超纯水中，待完全溶解后得到乌洛托品水溶液；②向步骤六①得到的乌洛托品水溶液中加入六水合硝酸锌，得到乌洛托品/硝酸锌水溶液；③将步骤六②得到的乌洛托品/硝酸锌水溶液加热至90℃，得到加热后的乌洛托品/硝酸锌水溶液；④将步骤五②得到的吸附有纳米氧化锌生长晶核的PBO纤维浸入到步骤六③得到的加热后的乌洛托品/硝酸锌水溶液中，在搅拌速度为400r/min下搅拌2h；⑤将步骤六④中吸附有纳米氧化锌生长晶核的PBO纤维取出，使用去离子水洗涤4次后在100℃下干燥30min，得到氧化锌纳米线改性PBO纤维；

步骤六①中所述的乌洛托品的质量与超纯水的体积比为0.0005g:1mL；

步骤六②所述的六水合硝酸锌的质量与步骤六①所述的超纯水的体积比为0.001g:1mL。

2.一种氧化锌纳米线改性PBO纤维的制备方法，其特征在于一种氧化锌纳米线改性PBO纤维的制备方法具体是按以下步骤完成的：

一、活化PBO纤维：①首先将PBO纤维缠绕在方形玻璃框架上，然后浸入到质量分数为60％的硫酸中，在室温和搅拌速度80r/min的条件下硫酸处理3h，得到硫酸处理后的纤维；②将步骤一①得到的硫酸处理后的纤维使用去离子水洗涤4次，得到去离子水洗涤后的纤维；③将步骤一②得到的去离子水洗涤后的纤维在温度为100℃下干燥30min，得到活化PBO纤维；

二、制备乙酸锌溶液：①将二水合乙酸锌加入到无水乙醇中，在温度为40℃和搅拌速度为500r/min的条件下搅拌至二水合乙酸锌完全溶解，得到乙酸锌/乙醇溶液；②将步骤二①得到的乙酸锌/乙醇溶液加热至65℃，得到加热后的乙酸锌/乙醇溶液；

步骤二①所述的二水合乙酸锌的质量与无水乙醇的体积比为0.03g:1mL；

三、制备氢氧化钠溶液：①将氢氧化钠加入到无水乙醇中，在温度为40℃和搅拌速度为500r/min的条件下搅拌至氢氧化钠完全溶解，得到氢氧化钠/乙醇溶液；②将步骤三①得到的氢氧化钠/乙醇溶液加热至65℃，得到加热后的氢氧化钠/乙醇溶液；

步骤三①中所述的氢氧化钠的质量与无水乙醇的体积比为0.002g:1mL；

四、制备氧化锌种子溶液：将步骤二②得到的加热后的乙酸锌/乙醇溶液和步骤三②得到的加热后的氢氧化钠/乙醇溶液混合均匀后加入到密封玻璃容器中，在搅拌速度为500r/min的条件下搅拌30min后采用冰浴对密封玻璃容器进行冷却，冷却时间为20min，得到氧化锌种子溶液；

步骤四中所述的加热后的乙酸锌/乙醇溶液的体积与加热后的氢氧化钠/乙醇溶液的体积比为2.5:1；

五、搅拌、干燥：①将步骤一得到的活化PBO纤维浸入到步骤四得到的氧化锌种子溶液中，在室温下以400r/min的搅拌速度搅拌15min，然后在温度为150℃下干燥5min；②重复步骤五①4次，得到吸附有纳米氧化锌生长晶核的PBO纤维；

六、生长：①将乌洛托品加入到超纯水中，待完全溶解后得到乌洛托品水溶液；②向步骤六①得到的乌洛托品水溶液中加入六水合硝酸锌，得到乌洛托品/硝酸锌水溶液；③将步骤六②得到的乌洛托品/硝酸锌水溶液加热至90℃，得到加热后的乌洛托品/硝酸锌水溶液；④将步骤五②得到的吸附有纳米氧化锌生长晶核的PBO纤维浸入到步骤六③得到的加热后的乌洛托品/硝酸锌水溶液中，在搅拌速度为400r/min下搅拌4h；⑤将步骤六④中吸附有纳米氧化锌生长晶核的PBO纤维取出，使用去离子水洗涤4次后在100℃下干燥30min，得到氧化锌纳米线改性PBO纤维；

步骤六①中所述的乌洛托品的质量与超纯水的体积比为0.0009g:1mL；

步骤六②所述的六水合硝酸锌的质量与步骤六①所述的超纯水的体积比为0.0019g:1mL。