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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(qiáng)度,、高模量,、耐高溫的超級(jí)纖維。其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,，是制備輕質(zhì)高強(qiáng)先進(jìn)復(fù)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(qiáng)度和模量,，需將紡出的原絲進(jìn)行熱處理,，本文研究了熱處理溫度，時(shí)間,，張力對(duì)纖維的結(jié)構(gòu)和性能的影響,。

1）首先對(duì)原絲（AS纖維）和熱處理纖維（HM纖維）進(jìn)行了DSC測(cè)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(cè)定的升溫過程中還會(huì)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(jìn)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?xiàng)l件對(duì)纖維力學(xué)性能的影響。

表1描述了不同的熱處理時(shí)間對(duì)纖維力學(xué)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(shí)間的延長,，纖維強(qiáng)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(jìn)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(qiáng)度增加，模量增大,。熱處理過程中有時(shí)甚至出現(xiàn)表面磨損超過強(qiáng)度增加的情況,。

表2描述了不同熱處理溫度對(duì)纖維力學(xué)性能的影響。其中,，熱處理時(shí)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(qiáng)，但是爐溫升到600℃和650℃的強(qiáng)度減弱比較多,，這與熱處理時(shí)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(duì)纖維力學(xué)性能的影響，其中,，熱處理溫度為600℃,，熱處理時(shí)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(qiáng)度與模量明顯增強(qiáng),。

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(qiáng)度增大，模量增大,。且處理溫度,，時(shí)間，張力對(duì)HM纖維強(qiáng)度,、模量提高均有明顯的影響,。