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PBO纖維熱處理的研究

PBO（聚亞苯基并二噁唑）纖維是高強度、高模量、耐高溫的超級纖維。其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，是制備輕質(zhì)高強先進復合材料，防彈抗沖擊材料及各種耐熱、阻燃、耐剪、耐磨材料基本成分。

為提高PBO纖維的強度和模量，需將紡出的原絲進行熱處理，本文研究了熱處理溫度，時間，張力對纖維的結(jié)構(gòu)和性能的影響。

1）首先對原絲（AS纖維）和熱處理纖維（HM纖維）進行了DSC測定分析，其結(jié)果如圖1。

從圖1中可以看出，不僅AS纖維在330℃，而且HM纖維在350℃左右處均出現(xiàn)結(jié)晶放熱峰。在紡絲過程中原絲經(jīng)拉伸取向，經(jīng)歷過一次結(jié)晶過程，在熱處理過程中出現(xiàn)的結(jié)晶現(xiàn)象為二次結(jié)晶。HM纖維的結(jié)晶放熱峰說明熱處理后的纖維晶體結(jié)構(gòu)仍不完善，因而在DSC測定的升溫過程中還會出現(xiàn)結(jié)晶現(xiàn)象，但是其開始結(jié)晶的溫度（297℃）要高于AS纖維開始結(jié)晶的溫度（236℃）。二次結(jié)晶使聚合物結(jié)晶度進一步增大，由X射線衍射分析得到的有序結(jié)構(gòu)尺寸也隨之增大。

2）研究了不同的熱處理條件對纖維力學性能的影響。

表1描述了不同的熱處理時間對纖維力學性能的影響。其中，熱處理溫度為600℃，張力為0.1N。

隨著熱處理時間的延長，纖維強度增大，模量增大。這是由于纖維的多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在張力及高溫下得到進一步的拉伸。熱處理消除了纖維分子間的內(nèi)應(yīng)力和凝固過程產(chǎn)生的孔隙，使纖維在軸向的取向度提高，降低纖維斷裂伸長，強度增加，模量增大。熱處理過程中有時甚至出現(xiàn)表面磨損超過強度增加的情況。

表2描述了不同熱處理溫度對纖維力學性能的影響。其中，熱處理時間為30S，張力為0.1N。

從表2中可以看出，熱處理溫度提高，纖維模量增強，但是爐溫升到600℃和650℃的強度減弱比較多，這與熱處理時纖維受到的損傷有關(guān)。

圖2描述了同一樣品不同熱處理張力對纖維力學性能的影響，其中，熱處理溫度為600℃，熱處理時間為20S。

隨著熱處理張力增大，纖維在軸向的取向排列更緊密有序，使PBO分子鏈的結(jié)構(gòu)更規(guī)整，纖維的強度與模量明顯增強。

綜上所述，經(jīng)過張力下的熱處理，減少了纖維的內(nèi)應(yīng)力和凝固過程中產(chǎn)生的孔隙，使纖維在軸向取向度提高，斷裂伸長減小，強度增大，模量增大。且處理溫度，時間，張力對HM纖維強度、模量提高均有明顯的影響。