PBO纤维热处理的研究

PBO纤维热处理的研究

PBO（聚亚苯基并二噁唑）纤维是高强度、高模量、耐高温的超级纤维。其应用领域广泛，是制备轻质高强先进复合材料，防弹抗冲击材料及各种耐热、阻燃、耐剪、耐磨材料基本成分。

为提高PBO纤维的强度和模量，需将纺出的原丝进行热处理，本文研究了热处理温度，时间，张力对纤维的结构和性能的影响。

1）首先对原丝（AS纤维）和热处理纤维（HM纤维）进行了DSC测定分析，其结果如图1。

从图1中可以看出，不仅AS纤维在330℃，而且HM纤维在350℃左右处均出现结晶放热峰。在纺丝过程中原丝经拉伸取向，经历过一次结晶过程，在热处理过程中出现的结晶现象为二次结晶。HM纤维的结晶放热峰说明热处理后的纤维晶体结构仍不完善，因而在DSC测定的升温过程中还会出现结晶现象，但是其开始结晶的温度（297℃）要高于AS纤维开始结晶的温度（236℃）。二次结晶使聚合物结晶度进一步增大，由X射线衍射分析得到的有序结构尺寸也随之增大。

2）研究了不同的热处理条件对纤维力学性能的影响。

表1描述了不同的热处理时间对纤维力学性能的影响。其中，热处理温度为600℃，张力为0.1N。

随着热处理时间的延长，纤维强度增大，模量增大。这是由于纤维的多孔网络结构在张力及高温下得到进一步的拉伸。热处理消除了纤维分子间的内应力和凝固过程产生的孔隙，使纤维在轴向的取向度提高，降低纤维断裂伸长，强度增加，模量增大。热处理过程中有时甚至出现表面磨损超过强度增加的情况。

表2描述了不同热处理温度对纤维力学性能的影响。其中，热处理时间为30S，张力为0.1N。

从表2中可以看出，热处理温度提高，纤维模量增强，但是炉温升到600℃和650℃的强度减弱比较多，这与热处理时纤维受到的损伤有关。

图2描述了同一样品不同热处理张力对纤维力学性能的影响，其中，热处理温度为600℃，热处理时间为20S。

随着热处理张力增大，纤维在轴向的取向排列更紧密有序，使PBO分子链的结构更规整，纤维的强度与模量明显增强。

综上所述，经过张力下的热处理，减少了纤维的内应力和凝固过程中产生的孔隙，使纤维在轴向取向度提高，断裂伸长减小，强度增大，模量增大。且处理温度，时间，张力对HM纤维强度、模量提高均有明显的影响。