《氫鍵作用對PIPD纖維微纖化的影響機理及其控制方法研究》是依託哈爾濱工業大學，由黎俊擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：氫鍵作用對PIPD纖維微纖化的影響機理及其控制方法研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：黎俊
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
PIPD纖維具有優異的力學性能與粘接性能，被認為是目前綜合性能最好的纖維，普遍認為氫鍵結構發揮了重要的作用，但是目前人們對氫鍵的作用機理並不明確。本項目主要研究PIPD纖維內部氫鍵結構的表征手段、氫鍵結構對纖維抗壓縮強度的影響機理及其控制方法。配合從頭計算法的模擬計算，研究不同形態PIPD聚合物中各類氫鍵的關係，評估氫鍵能量，利用半經驗的量化方法計算得到紅外光譜，與實際光譜結果進行對比分析以確定PIPD纖維內各類氫鍵結構的紅外特徵譜帶，建立氫鍵的表征方法。在此基礎上，重點研究PIPD纖維內微纖界面氫鍵結構對纖維抗壓縮性能的影響機制。採用差譜法研究微纖界面氫鍵結構在纖維熱處理過程中的轉變，結合從頭計算法得到的水分子-纖維水合氫鍵能量結果，利用量化方法分析熱處理過程中微纖界面氫鍵的演化機理。建立微纖界面的氫鍵組成與抗壓縮性能的定量關係，確定最優的熱處理工藝，實現PIPD纖維抗壓縮性能的最最佳化。
結題摘要
PIPD纖維具有優異的力學性能與界面性能，被認為是目前綜合性能最好的纖維，其中氫鍵結構發揮了重要的作用。該項目對PIPD纖維內部氫鍵結構進行了系統的研究，完成了項目預期目標並獲得以下成果： （1）採用多種方法研究了PIPD纖維內部氫鍵結構的表征手段、氫鍵結構對纖維抗壓縮強度的影響機理及其控制方法。為了配合差譜法表征，申請人在國際上首次以乾噴-濕紡法製備的高性能聚合物原纖為原料，通過高溫溶脹-超聲剝離的方法製備出高品質和高性能的PIPD納米纖維，該方法已經被證實對PIPD纖維、PBO纖維與超高分子量聚乙烯纖維有效，目前該技術已經申請國家發明專利2項。以PIPD長絲、PIPD納米纖維及其模型化合物為基礎，研究不同形態PIPD聚合物中各類氫鍵的關係，評估氫鍵能量，利用半經驗的量化方法計算得到紅外光譜，與實際光譜結果進行對比分析以確定PIPD纖維內各類氫鍵結構的紅外特徵譜帶，建立了氫鍵的表征方法。 （2）建立微纖界面的氫鍵組成與抗壓縮性能的定量關係，通過熱處理對PIPD纖維的氫鍵結構構築進行了研究，實驗表明熱處理過程通過溫度、張力及時間三個因素的共同作用改善纖維的性能。熱處理過程幾乎不改變纖維表面元素含量及官能團種類，僅通過纖維內水分子的移除改變分子內水分含量，從而改變分子極性及氫鍵含量，使紅外光譜中特徵吸收峰的尖銳程度發生變化。 （3）利用熱處理工藝研究了纖維抗壓縮強度與氫鍵網路結構的關係，熱處理過程增強纖維內部大分子的取向程度及增大晶粒尺寸。其晶粒尺寸提升範圍達33.33%-37.32%，因此完善纖維內部結構，提高纖維的力學性能及界面粘接性能。熱處理溫度為480℃，處理時間600s、張力20g、最大拉伸強度達到4.53GPa，強度提高52.39%。通過熱處理前後的光譜結果可以看出，氫鍵網路在熱處理過程中逐步完善，抗壓縮強度得到提升。通過表面形貌表征可見適宜的熱處理條件使纖維表面變得光滑平整。其次，內部氫鍵結構的完善使纖維的熱力學性能大幅度提升，最佳熱處理溫度時纖維耐熱性最好，熱失重分析測試中質量保持率最高，當加熱到850℃時，質量保持率達到65.81%，相比於未處理纖維提高4.91%。 項目期間發表SCI論文4篇，授權中國專利1項，申請中國專利2項，參加國際會議並做分會報告1次，培養碩士生1名。 總體上講，該項目完成所有指標，達到預期目標。
