1 引言 

1.1 概述       

1.1.1 高性能纤维的发展及应用

高性能纤维通常情况下是指具有特殊的物理化学结构，并且有着良好的物化稳定性和机械性能的材料。上个世纪中期，高性能纤维的研究与生产才刚刚开始，最先实现商品产业化的是分子结构中含有大量氟原子的特殊纤维，如聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯等，由于含氟纤维具有很强的耐腐蚀性、非粘着性良好、摩擦系数低等一系列的特殊性质而被广泛应用于各个领域[1]。

随着全球航空航天及国防技术等顶尖科技的发展，上个世纪六十年代有机杂环耐温纤维（如聚苯硫醚纤维、聚酰胺类纤维等）和高模量、高强度无机碳纤维、硼纤维得到了开发与应用，七十年代在全球节能环保的要求之下，高强度、高模量、功能性纤维进一步的快速发展起来[2].随着我国经济、国防顶尖产业的发展，不仅对高性能纤维的需求量有所激增，而且对高性能纤维的性能也提出了更高的要求。因此，加快我国高性能纤维的研发步伐对国防和经济均具有重要的意义。

由于高性能纤维的开发生产的难度系数比较大，高新技术产业又大多集中在日本、美国等发达国家的手中，因此，高性能纤维的世界产量有很大比例是由日美等国家所生产。但是高性能纤维在经济以及国防事业中具有重要的战略意义，因此加快高性能纤维的研发和生产，成为关系我国经济和国防事业的重大战略课题[3]。

到目前为止，高性能纤维按照其化学组成可将其分为有机的和无机的高性能纤维两大类。有机高性能纤维是由有机聚合物制备的高性能纤维或是利用天然聚合物经过化学处理后所得到得高性能纤维，按照大分子刚柔性也可将其分为刚性链聚合物纤维和柔性链聚合物纤维。其中，刚性链状聚合物纤维是由芳香族的大分子构成，柔性较差，而柔性链状聚合物纤维，柔性度较好。无机高性能纤维一般以矿物质或是金属为初始原料制成。它也是具有不同的分子构象或结构，其主要品种有碳纤维、玻璃纤维、石英玻璃纤维、硼纤维等，此外还有石棉纤维、矿渣棉、高硅氧纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维等其他无机纤维[4]。

高性能纤维的应用领域十分广泛，包括国防军事、工业以及某些有特殊要求的技术领域。在军事方面，主要用于导弹、卫星、火箭及作战飞机、舰艇、防弹衣材料等领域。在工业应用方面，包括环保、建筑、航空、风能发电、汽车轻量、海洋产业等，高性能纤维都有着重要的作用及无可替代可的地位[5]。

1.1.2 高性能纤维在制备方面的改良

PBO是聚对苯撑苯并二恶唑纤维的简称，由对苯二甲酸（TPA）与4,6-二氨基间苯二酚盐酸盐（DAR·2HCl）进行混缩聚或是由AB型单体进行均缩聚后形成的产物[6-7]，是一种耐高温、高模量和密度低的有机纤维,其热稳定性和阻燃性能均很好[8]。但至今仍有诸多问题未能完全解决，如本身的抗压和复合粘结性能不足，工业化实施困难、经济性不够等，使其在复合材料中的应用受限[9]。近年来，为改善抗压和复合性能的问题，有采用2,5-二羟基对苯二甲酸（DHTA）代替对苯二甲酸（TPA），对PBO的分子结构进行优化的研究[10]，使表面极性复合粘结的问题得到解决，但是，由于不能形成分子链之间的氢键，故对纤维轴向抗压性能的提升贡献并不显著，反而使原有力学性能的提升受到了影响[11]。若用2,3,5,6-四氨基吡啶盐酸盐（TAP·3HCl）取代4,6-二氨基间苯二酚盐酸盐（DAR·2HCl）与DHTA混缩聚制得聚（2,5-二羟基-1,4苯撑并吡啶双咪唑)(PIPD)，简称M5。由于分子中含有羟基，使分子链内以及分子链间均能形成大量的氢键，从而得到双向氢键的网络结构，很大程度上提高了聚合物的压缩性能，加上极性羟基与树脂所呈现极好的复合粘结性能，使其在制备各种聚合物基纤维复合材料的应用研究逐渐展开[12]。