防中子辐射含碳硼烷结构的聚酯纤维的研究

The carborane-containing polymer has properties of high neutron-radiation-proof, no literature reports about studying on its fiber forming mechanism and preparation of fiber。The project uses the boron element of large neutron absorption cross section ,carborane of high boron content and high heat resistance,as a molecular design template as Polyethylene terephthalate(PET)and its fiber, different structure of carborane (o-carborane ,m- carborane and p- carborane )is designed respectively to introduce into its dibasic acid or diol unit, to get series polymer with carborane-containing the main chain or side group, with a number of different carborane in the structural unit , or with different isolation group between the carborane-containing side group and the main chain. The project studies on the different structure for effecting on carborane-containing polymer aggregation, crystallization, and rheological behavior, including resistance to neutron radiation properties and the corresponding mechanism. A thorough understanding of carborane-containing polymer structure and property relationships and other applications to provide theoretical basis, and then study spinning behavior for carborane-containing polymer, to get durable fiber which has the advantages of simple process to prepare spinning , excellent performance of high temperature resistant ,high boron content, neutron shielding ability and as a neutron absorber is not easy to fall off . Under intense neutron irradiation environment , the study provides technical base for using neutron shielding clothing and fiber reinforced composite material , the project initiates brand-new research field of anti-neutron radiation fiber.

含碳硼烷结构聚合物具有高防中子辐射性能，其成纤机制和纤维制备的研究尚未见文献报道。本项目利用硼元素大的中子吸收截面和碳硼烷高硼含量及高耐热特性,以聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和相应涤纶纤维为分子设计基础,将邻、间和对位不同结构的碳硼烷分别引入二酸或二醇结构单元,合成出系列碳硼烷基引入方式（主链或侧基）不同,结构单元中碳硼烷结构数目不同，碳硼烷侧基与主链间的隔离基不同的聚合物。研究上述不同结构对含碳硼烷聚合物的聚集态、结晶、流变行为、包括抗中子辐射等性能的影响及相应机理，深入了解含碳硼烷基聚合物结构与性能的关系以及其它应用提供理论基础。在此基础上,研究含碳硼烷结构的聚合物纺丝行为,制备出纺丝工艺简单,硼含量高,耐温性能优良,防中子辐射能力强而中子吸收剂不易脱落耐久的纤维，为强中子辐照环境下使用的防中子服装和纤维增强复合材料的制备提供技术基础，开创防中子辐射合成纤维的全新研究领域。

本项目合成了一系列碳硼烷结构聚酯单体，通过深入研究聚合物结构对聚合物性能的影响，优先筛选出适合纺丝的聚合物结构和相对应的单体：5-（邻-碳硼烷-1'-亚甲氧基）间苯二甲酸甲酯这一结构分子，和对苯二甲酸二甲酯设定比例混合，与乙二醇或丁二醇按照不同配比、在一定的反应时间和温度下，加入催化剂，控制一定的真空度，本体聚合，成功地合成出适合纺丝的含碳硼烷聚酯。并制备出可供选择具有不同硼量、不同力学强度、具有可设计的防中子辐射性能。项目的研究可制备出纺丝工艺简单、耐温性能优异、强度高、防中子辐射能力强且中子吸收剂不易脱落的纤维，为在强中子辐照环境下使用的防中子服装或纤维增强复合材料提供物质基础，尤其是对伺服人员的保护提供新型轻质防中子辐射的纤维材料，本项目完成了预定的研究目标，并得到相关的应用研究单位的极大重视，有望成为新一代军用特种防护材料，具有重要的现实意义。.本项目研究了含碳硼烷二羧酸单体与脂肪二醇单体间的酯化反应条件如催化剂、溶剂、温度、单体浓度等对这类聚合反应速度和产物分子量的影响，将为含碳硼烷聚合物的合成提供更多的理论基础。本项目通过含碳硼烷结构系列聚酯的合成，从分子结构上探索碳硼烷的引入对聚合物的聚集态结构、结晶行为、软化点、熔点、溶解性能、流变性能及力学性能的影响，加深对含碳硼烷聚合物的结构与性能（包括防辐射性能）之间关系的了解，为这类聚合物纺丝及其他应用提供理论基础。