中國科學院吳紹華&李春成:兼具優異力學性能和耐熱性的新型微納米PBO復合紙的制備

DOI: 10.1016/j.compositesa.2022.107243

 PBO特種紙因其超高耐熱性而備受贊譽，但其力學性能較差。在此，本研究開發了一種獨特的選擇性剝離方法，用于制備由PBO短切纖維（PBOCFs）和PBO納米纖維（PBONFs）組成的微/納米PBO復合紙。3D互連PBONF網絡牢固地附著在1D PBOCF骨架上，這大大增強了纖維之間的相互作用，減少了空隙等缺陷。經結構優化的復合紙的機械強度、模量和電擊穿強度分別高達351.4MPa、9.7GPa和101.7kV/mm，與原始PBO紙（4.3MPa、1.4GPa和30.5kV/mm）相比有了顯著提高。值得注意的是，PBO紙的優異耐熱性（650℃）得到了完美保留。總體而言，這種新型特種紙作為極端環境下的電氣絕緣材料具有巨大的應用潛力。

圖1.通過選擇性剝離策略制備PBONF/CF紙的示意圖。

圖2.PBONF溶液（a）、PBONF凝膠（b）和PBOCF分散液（c）的數字照片。（d）MSA/TFA溶液中PBONFs的TEM圖像。（e）分散在MSA/TFA溶液中的PBOCFs的SEM圖像。（f）PBONFs的溶膠-凝膠轉變示意圖。

圖3.PBO紙表面的SEM圖像：（a）原紙，（b）PBONF/CF復合紙，和（c）PBONF紙。

圖4.不同PBONF含量的PBONF/CF紙的ATR-FTIR光譜（a）和XRD圖譜（b）。

圖5.不同PBONF含量的各種PBONF/CF紙的TGA曲線。

圖6.（a）不同PBONF含量的PBONF/CF復合紙的拉伸強度、楊氏模量和應變。（b）這項工作和以前報道的PBO基或芳綸基特種紙的Td和抗拉強度比較。（c）拉伸前后折疊PBONF/CF復合紙的數碼照片。（d）折疊樣品的力學性能。

圖7.拉伸后PBO紙的斷裂表面：（a）原紙和（b）PBONF/CF復合紙。（c）PBONF/CF復合紙的放大SEM圖像。（d）PBONF/CF凍干水凝膠的SEM圖像。（e）PBONF/CF復合紙斷裂表面的SEM圖像。

圖8.（a）PBONF/CF紙在室溫下的介電常數。（b）樣品的介電擊穿強度。