PBO纤维表面改性
低温等离子体对PBO纤维表面改性的研究
FR M N 低温等离子体对PBO 纤维表面改性的研究岳震南,黄英,王岩,季文(西北工业大学理学院应用化学系,陕西西安710129)摘要:为提高PBO 纤维/环氧树脂复合材料的剪切强度,采用低温等离子体结合涂层技术对聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)纤维进行表面改性,分别用SE M 、I R 对等离子体处理前后纤维表面形态、化学结构进行了表征,通过复合材料层间剪切强度测试,研究不同处理方式对复合材料层间剪切强度的影响。
结果表明,等离子体处理后纤维表面粗糙度增加,极性增强。
经低温等离子体结合涂层技术处理后,PBO 纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度得到显著提高,较未处理样品提高了39%。
关键词:PBO 纤维;等离子体处理;涂层;粘结强度;层间剪切强度中图分类号:TQ342+.73文献标识码:A文章编号:1003-0999(2011)01-0016-04收稿日期:20100528作者简介岳震南(3),男,硕士研究生。
本文作者还有牛芳芳。
通讯作者黄英,女,教授,博士导师,主要从事功能材料的研究,y @。
1前言PB O (聚对苯撑苯并双噁唑)纤维具有优异的力学性能,其强度、模量均比K evlar 纤维高1倍以上,极限氧指数(L O I)为68,最高使用温度和分解温度分别为350和650[1,2],PBO 增强树脂基复合材料的开发对于航天、航空和国防等高新技术领域材料及产品更新换代有重要意义[3]。
PB O 纤维的这些高性能是由于其分子链、晶体和微原纤均沿纤维轴向呈现几乎完全取向的排列,具有极高的取向度[4,5]。
这种结构在赋予PB O 纤维上述优异性能的同时,也导致纤维表面非常光滑且活性低,几乎与所有树脂基体不能良好地浸润,致使PB O 纤维与树脂基体结合的界面粘接性能差[6,7],限制了PBO 纤维在先进复合材料领域中的应用,因此对PBO 纤维表面进行改性十分必要。
PB O 纤维表面改性的方法有很多种,其中等离子体处理法是最有效的方法之一[8]。
氧气低温等离子体对PBO纤维的表面改性
１ １ 原 料 ．
Ｐ Ｏ纤维 ： 号 为 Ｚ Ｌ Ｎ Ａ （ 通 型 ）日本 Ｂ 牌 ＹＯ Ｓ普 东 洋纺公 司产 ； Ｐ Ｓ８ ８环 氧树 脂 ： 国 Ｓ ｅｌ Ｅ Ｏ ２ 英 ｈ ｌ公 司产 ； ５ Ｘ ６ ０固化剂 （ 聚酰 胺 ６ ０ ： ５ ） 湖南 湘 潭 化 工
『 ： 用江 苏 太仓 实验 仪 器 厂 纤 维 电子 强 采
力仪 Ｙ Ｏ ． Ｇ ０ Ａ测 量 Ｐ Ｏ纤 维 的单 丝 强 度 （ ） １ Ｂ 以
及 Ｐ Ｏ纤 维 与环 氧树脂 的 ７ 。 Ｂ －
作 者进 一步 探讨 了反 应性气 体 氧气低 温 等离子 体
改性 过 程 中 的工 艺 条 件 对 Ｐ Ｏ 纤 维 与环 氧 树 脂 Ｂ
燥 固化 ， 根据 实验 要求进 行 裁切 ， 中单 纤维 埋 并 其 入树 脂 的深度 控制在 １ａｍ。 ｉ
１ ４ 分析 测试 ．
脂 基体 的 界 面 剪 切 强 度 （ ㈣ ） 成 为 Ｐ Ｏ纤 维 ， Ｂ
作 为树 脂基 复 合 材 料 增 强 材 料 的 关 键 问 题 。 。 本课题 组在 前期 的工 作 中着重 研究 了非 反应性 气 体氩气 低 温等离 子对 Ｐ Ｏ纤维 的表 面 改性 Ｂ 。
的 丁 的影 响 。
１ 实验
接触 角 ： 用德 国 ｄｔ ｈ ｓ ｓ公 司 的 Ｏ Ａ ５ 采 ａ ｐ ｙｉ ａ ｃ Ｃ １ 视 频 光学 接 触 角 测 量 仪及 其 相关 软件 （ 圆法 ） 椭 测得处 理前 后 Ｐ Ｏ纤 维 与水 的接触 角 。 Ｂ 扫描 电镜分 析 （ Ｅ ： 用 德 国 Ｌ Ｏ公 司 的 Ｓ Ｍ） 采 Ｅ １３ Ｖ ５ ０ Ｐ型扫描 电子 显微 镜对 改性 前后 Ｐ Ｏ纤 维 Ｂ
PBO_纤维表面改性处理的研究进展
表面技术第53卷第1期PBO纤维表面改性处理的研究进展杨超杰，吴喜娜，魏浩，王国军*（哈尔滨工程大学 青岛创新发展基地，山东 青岛 266000）摘要：聚对苯撑苯并二噁唑（PBO）纤维因其比强度高、比模量高、耐热性好、阻燃性好以及优异的介电性能，现已在安全防护、建筑汽车等领域得到广泛应用。
由于PBO纤维表面光滑、化学惰性，导致其与基体树脂界面结合差，进一步影响复合材料的整体性能，这大大限制了PBO纤维优异综合性能的发挥，所以对PBO纤维表面进行改性处理显得尤为重要。
介绍了近年来国内外针对PBO纤维不同表面改性方法及对应复合材料性能改善程度的研究进展，从PBO纤维改性方法的分类入手，阐述了各种方法的基本原理。
通过对这些处理方法的比较，阐述了国内PBO纤维表面改性的研究进展，指出了国内外在PBO纤维表面改性处理上的差距，为未来的发展方向提供了参考。
PBO纤维表面改性方法包括化学刻蚀法、等离子体处理、表面涂层法、化学接枝法、紫外刻蚀法、上浆剂处理等。
各种改性技术各有利弊，在选择改性方法时，理应考虑达到工艺快捷有效、经济环保和无损纤维性能等指标。
未来，在PBO纤维表面改性的处理方法领域，将逐步向绿色环保的上浆剂处理方向发展。
关键词：聚对苯撑苯并二噁唑纤维；表面改性；界面；复合材料中图分类号：TB34 文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)01-0048-08DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.01.004Research Progress on Surface Modification of PBO FiberYANG Chaojie, WU Xina, WEI Hao, WANG Guojun*(Qingdao Innovation and Development Base, Harbin Engineering University, Shandong Qingdao 266000, China)ABSTRACT: PBO fiber has become the ultimate choice in many fields because of its high specific strength, high specific modulus, good heat resistance, good flame retardant and excellent dielectric properties, and has been widely used in aerospace, national defense weapons, safety protection, construction and automobile fields. Because the surface of PBO fiber is smooth and chemically inert, the interface between PBO fiber and matrix resin is poor, which further affects the overall performance of the composite material, and greatly limits the play of the excellent comprehensive performance of PBO fiber, so it is particularly important to modify the surface of PBO fiber. In this paper, the research progress of different surface modification methods of PBO fibers and the improvement of composite properties in recent years were reviewed. Surface modification was mainly made to change the chemical composition and structure of the surface, improve the number of polar groups and reactive groups;change the surface morphology, improve the roughness and specific surface area; increase the surface free energy and improve the surface wettability. All the above modification effects must minimize the negative effects on the bulk properties of fibers.Finally, it was pointed out that the current surface treatment methods of PBO fibers were still insufficient, and it was necessary收稿日期：2022-12-15；修订日期：2023-04-03Received：2022-12-15；Revised：2023-04-03引文格式：杨超杰, 吴喜娜, 魏浩, 等. PBO纤维表面改性处理的研究进展[J]. 表面技术, 2024, 53(1): 48-55.YANG Chaojie, WU Xina, WEI Hao, et al. Research Progress on Surface Modification of PBO Fiber[J]. Surface Technology, 2024, 53(1): 48-55.*通信作者（Corresponding author）第53卷第1期杨超杰，等：PBO纤维表面改性处理的研究进展·49·and urgent to find a green and efficient modification method. In recent years, with the development of fiber surface modification technology, PBO fiber modification methods have been fully developed, and the corresponding application fields have been expanded. In this paper, the different surface modification methods of PBO fiber and the improvement of the properties of composite materials were introduced. Starting from the classification of PBO fiber modification methods, the basic principles of each method were expounded, and the advantages and disadvantages of each method and the scope of application were clarified.Based on six modification methods, the surface modification methods of PBO fiber at home and abroad were investigated. By comparing these treatment methods, the research progress of PBO fiber surface modification at home and abroad was confirmed, the gap between domestic and foreign PBO fiber surface modification treatment was clear, and the future development direction was pointed out. PBO fiber surface modification methods include chemical etching, plasma treatment, surface coating, chemical grafting, ultraviolet etching, and sizing agent treatment. Each modification technology has its own advantages and disadvantages.When selecting a modification method, it is required to consider the fast and effective process, economic and environmental protection and non-destructive fiber properties. The surface treatment method of sizing agent can meet the above requirements.In recent years, the introduction of active nanoparticles such as graphene oxide, carbon nanotubes and silica into sizing agents to improve interface adhesion has become a research focus. The prepared nanocomposites not only have stronger interface, but also show many attractive functions, such as photothermal conversion, interface self-healing, etc. In addition, as a non-damaging method, surface sizing is an ideal method to achieve uniform UV shielding or light absorption ability on the surface of PBO fiber, which can effectively reduce UV intensity and block UV irradiation. In the future, in surface modification treatment of PBO fiber, the direction of environmental protection sizing agent treatment will be gradually developed.KEY WORDS: poly(p-phenylene-2,6-benzoxazole) fiber; surface modification; interface; composite materials聚对苯撑苯并二 唑（PBO）纤维因其优异的性能，特别是突出的力学性能、热稳定性、低密度，成为一种很有前途的增强先进复合材料的有机纤维之王[1]。
PBO纤维表面改性的研究进展
PBO纤维表面改性的研究进展包括化学刻蚀法、偶联剂处理、等离子体处理、电晕处理、辐射处理、酶处理、热处理、化学涂层法和临界液体处理等。
一、化学刻蚀法利用氧化性介质如浓硫酸、硝酸等对PBO纤维表面进行氧化刻蚀，对聚合物表面进行强酸浸泡处理可起到酸蚀、除去弱边界层、氧化和增加粗糙度的作用，但同时强酸也会侵蚀PBO纤维本体结构，破坏纤维的结晶结构，导致其强度下降。
研究举例：WU等研究了甲基磺酸（MSA）对PBO纤维表面的化学刻蚀作用; 乔咏梅等开展了硫酸改性PBO纤维表面黏合性的研究；刘丹丹等采用多聚磷酸（PPA）-乙酸体系处理PBO纤维；罗果等分别采用纯的PPA和体积比1：1的PPA-乙醇溶液处理PBO纤维；周雪松等用KMnO4的硫酸溶液处理PBO纤维。
优缺比较：在众多PBO纤维化学改性方法中，PPA改性方法具有突出优势。
该方法具有反应时间短、反应条件温和、处理后的PBO纤维溶液易回收等优点；而其他强腐蚀性酸处理方法存在耗费时间长、对纤维本体破坏大、后处理麻烦等缺点，限制了这些改性方法的应用。
二、偶联剂法偶联剂改性是指在纤维表层涂覆一层偶联剂分子以增强纤维表面极性。
作用机制为：利用烷基链的反应活性和极性对纤维表面自由能、浸润活化能及界面化学键合能产生较大影响，进而改变纤维与树脂的界面黏结强度。
研究举例：王斌等采用一系列硅烷偶联剂对PBO纤维表面进行涂层处理；邱峻等用单丝拔出试验研究了硅烷偶联剂对未经烘干和烘干的PBO纤维的表面处理情况。
优缺比较：不损伤纤维本身的力学性能，而且具有较好的界面改性效果，因此得到了广泛应用。
目前使用的偶联剂主要是针对改善玻璃纤维黏结性的偶联剂，研制PBO纤维专用偶联剂对PBO纤维界面黏结性的改善有重要意义。
三、。
PBO纤维的热处理对其性能和表面形貌的影响
PBO纤维的热处理对其性能和表面形貌的影响为研究热处理对PBO纤维的性能和表面形貌的影响，在氮气氛围的保护下，在不同的时间、温度和张力的条件下，对实验室自制的PBO纤维进行热处理，采用扫描电子显微镜（SEM）、热失重（TG）、拉伸强度测试等方法对处理后的PBO纤维的结构和性能进行表征。
拉伸实验结果显示：低于650℃的温度热处理过的纤维，其拉伸强度稍有上升趋势，但在650℃以上的温度热处理后，其拉伸强度有明显降低。
SEM图片显示：经650℃以上的温度热处理后的PBO纤维的表面出现了明显的沟槽和缺陷。
标签：PBO纤维；热处理；拉伸强度；表面形貌1 引言聚对苯撑苯并双唑（Poly-p-phenylene-benzobisoxazole，PBO）纤维是一种高强度、高模量、高热稳定性、高耐化学腐蚀性的新型纤维，在电子电气、合成材料、安全防护、国防军工、交通运输等领域有着广泛的用途。
进行PBO纤维的性能研究对我国高性能纤维的国产化以及航空航天工业、国防科技的发展具有重大的现实意义[1-3]。
但是由于PBO纤维的表面光滑且表面活性很低，和树脂基体的粘合性差，严重限制了PBO纤维在复合材料中的应用，所以对纤维表面进行改性，提高其与树脂基体的界面剪切强度，成为PBO纤维作为树脂基复合增强材料时能否充分发挥其性能的关键[4]。
因此本文着重研究改变热处理条件对PBO的性能和形貌的影响。
2 实验及测试方法2.1 PBO纤维的热处理2.2 PBO纤维的测试和表征经热处理后的PBO纤维按照ASTM-D3379标准《高模量单丝材料拉伸强度和杨氏模量测试方法》进行单丝拉伸强度测试，加载速度10mm/min。
利用荷兰飞利浦公司FEI Sirion扫描电子显微镜观察热处理后纤维表面形貌，将纤维样品用导电胶固定于铝箔上，经喷金处理后用扫描电子显微镜进行观察。
使用STA449C 热重分析仪（TG）进行分析热处理后纤维的热分解温度：氮气气氛；温度范围：室温至850℃；控制升温速率10℃/10min，试样用量：4-7mg。
PBO纤维表面改性的研究进展文献综述
文献综述PBO纤维表面改性的研究进展摘要：综述了PBO纤维的表面改性方法，包括酸处理、碱处理、酶处理、偶联剂处理、辐射处理和等离子体处理等。
关键词：PBO纤维，表面改性1 概述PBO(聚对苯撑苯并二嗯唑)纤维是近年来研究开发出来的一种高性能聚合物纤维，其高聚物为芳杂环高分子化合物，具有直链型刚棒状分子结构，这种分子具有伸直链构向和高度的取向有序性，分子链间可以实现非常紧密的堆积，这种结构特征赋予了纤维优异的力学特性。
此外，由于PBO纤维在高温、高压和严酷化学环境下的稳定性、耐烧蚀性能优异，残碳强度高，可以作为绝热层候选材料[1]。
因此，PBO纤维在航空航天等领域将得到较为广泛的应用。
但PBO分子规则有序的取向结构又使得纤维表面非常光滑，且分子链上的极性杂原子绝大部分包裹在纤维内部，纤维表面极性也很小，这使纤维不易与树脂浸润，导致纤维与树脂基体结合的界面性能差，界面剪切强度低，不能较好地进行力的传递，影响了复合材料综合性能的发挥，限制了PBO纤维在先进复合材料领域中的应用[2]。
因此，对PBO纤维表面进行处理以改善其复合材料的界面粘接性是应用的关键。
2 PBO纤维的表面处理2.1 化学处理方法化学改性方法是利用化学反应，在纤维表面引入可反应的基团，从而在与基体复合时产生化学键，增加材料的界面性能。
化学改性方法一般包括酸氧化法、碱处理法、酶处理法、偶联剂改性、表面刻蚀和表面接枝等。
2.1.1 酸氧化法强质子酸如甲基磺酸、多聚磷酸等因为可以使得PBO分子链中的杂原子质子化，降低分子间的相互吸引力，减少分子间的相互作用能，所以可以溶解刻蚀PBO纤维皮层，甚至使其暴露出微纤，从而增加纤维表面粗糙度，达到改善纤维与树脂间界面结合的目的[3]。
台湾长庚大学的G．M.Wu等人[4]用甲基磺酸(CH3SO3H)和浓硝酸(HN03)对PBO和Kevlar纤维表面进行了处理，结果发现，用60％的甲基磺酸处理PBO纤维36小时，其表面自由能增大了35％；用60％硝酸对PBO纤维处理同样的时间，表面自由能增大了14％，但纤维力学强度下降也比较明显。
PBO纤维表面等离子改性及界面性能
PBO( 聚对苯撑苯并二噁唑 ) 纤维是一种具有优异 力学性能、耐热性能和阻燃性的有机纤维,被视为 航空、航天、国防、星球探测等领域中先进结构 复合材料的新一代纤维。但 PBO 纤维表面光滑且 纤维表面活性低呈惰性,与树脂基体粘接强度差,严 重地限制了其在高性能复合材料中的应用,因而对 PBO纤维进行表面改性,提高纤维表面极性,增强纤 维和不同种类树脂基体的界面剪切强度 (τIFSS), 成 为 PBO 纤维作为树脂基复合材料增强材料的关键 问题.
在较短的处理时间内 τIFSS 随处理时间的延长 而递增,当处理时间超过 2min 后τIFSS又回落,可能 是由于较长时间的处理 破坏了纤维表面的偶联 剂交联层的缘故 ; 而 σ 升 降不明显,可能是因为纤 维表面的偶联剂阻碍了 等离子体对纤维的刻蚀 作用.
变得粗糙
扫描电镜分析
表面光滑
表面有一定厚度的涂层 ， PBO 纤维表面破损现象少，)在所选择的偶联剂中，A-187型偶联剂对提高 PBO纤维与环氧树脂间τIFSS效果最好，偶联剂的最 佳的含量是2%。 (2)当A-187含量为2%，氩气低温等离子处理条件为 2min，30W，50Pa时，改性后的PBO纤维的τIFSS高 达10. 44MPa，相对于仅用偶联剂A-187改性的 SIFSS提高了52%，相对于原丝的τIFSS提高了78%。
不同等离子处理条件对PBO纤维σ和与环氧树脂间τIFSS的影响
τIFSS 随 功 率 的 增 大先提高后降低 , 在 30W 处 理 功 率 下 ,τIFSS 达到最大 . 随功率增加 , 实验 观测到的辉光强 度也增加;但σ则 随处理功率的升 高呈下降趋势.
不同等离子处理条件对PBO纤维σ和与环氧树脂间τIFSS的影响
多聚磷酸／乙酸表面功能化改性PBO纤维
多聚磷酸／乙酸表面功能化改性PBO纤维采用多聚磷酸/乙酸（PPA/AcA）改性处理聚对苯撑苯并二噁唑（PBO）纤维，采用接触角、X射线光电子能谱（XPS）、热失重分析（TGA）和扫描电镜（SEM）等手段对PBO纤维进行分析表征。
结果表明，PPA/AcA成功包覆在PBO 纤维表面，使其亲水性提高，纤维表层发生溶胀，粗糙度增加。
标签：多聚磷酸；乙酸；HMPBO纤维；表面功能化聚对苯撑苯并二噁唑（PBO）纤维强度达7.0 GPa，模量达400 GPa，氧极限指数为68，最高使用温度和分解温度分别为350 ℃和650 ℃，远优于现有的有机或无机纤维。
PBO纤维及PBO/树脂基先进结构复合材料具有广阔的应用前景，可用于航空、航天、航海、星球探测和民用等领域[1～5]。
但PBO纤维表面非常光滑，且分子结构中缺少极性基团，呈现极强的化学惰性，与树脂的界面性能差。
提高PBO/树脂基复合材料的界面性能已成为该领域的前沿课题和难题[6～9]。
本文在前人和本课题组研究工作的基础上[10，11]，采用多聚磷酸/乙酸（PPA/AcA）对聚对苯撑苯并二噁唑（PBO）纤维表面进行功能化改性处理，采用接触角、X射线光电子能谱（XPS）、热失重分析（TGA）和扫描电镜对PBO 纤维的改性效果进行分析表征。
1 实验部分1.1 主要原料高模PBO纤维（HMPBO），日本东洋纺公司，商品牌号为ZylonTM；多聚磷酸，化学纯，上海联合化工厂；36%乙酸（AcA），化学纯，上海贺宝化工有限公司；氢氧化钠，分析纯，天津市永晟精细化工有限公司。
1.2 HMPBO纤维的表面功能化改性将HMPBO纤维依次放入四氢呋喃和无水乙醇中分别浸泡12 h，蒸馏水冲洗后放入100 ℃真空烘箱中干燥24 h；然后在V多聚磷酸/V乙酸=2∶1的混合液中浸泡20 min后取出，用NaOH稀溶液（5%）和蒸馏水冲洗多次，放入100 ℃真空烘箱中干燥24 h，待测。
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PBO纤维和树脂基体间TIFSS提高，但过多的偶联剂会导致偶联剂交联层过厚，反而会TIFSS 降低．而等离子对纤维表面的刻蚀作用首先作用在偶联剂上，使得偶联剂形成接枝交联层，该偶联剂层对纤维能起到一定的保护作用，因此PBO纤维的σ下降的不多。
分析可知，偶联剂与等离子结合起来改性的工艺条件是：A一187偶联剂的含量为2％，氩气低温等离子处理的时间为2 min ，压力为5Opa，功率为30W。
在所选择的偶联剂中，A一187型偶联剂对提高PBO纤维与环氧树脂间ΓIFSS 效果最好，偶联剂的最佳的含量2％．(2)当A- 187含量为2％，氩气低温等离子处理条件为2min，30W，50Pa时，改性后的PBO纤维的ΓIFSS胂高达lO．44MPa，相对于仅用偶联剂A-187改性的ΓIFSS 提高了52％，相对于原丝的ΓIFSS提高了78％。
PBO纤维的浸润性也得到了很大的改善。
(3)氩气低温等离子结合偶联剂改性后的PBO纤维随着时问的推移，Γ的下降不明显；接触角增大的幅度也IFSS不明显，其变化趋向于平稳，还略有下降趋势。
氩气低温等离子体结合偶联剂改性的PBO纤维的衰减效应不明显。
接枝液常选用具有极性基团的烯类单体，其与树脂基体具有较好的相容性，能够与等离子体在纤维表面产生的活性中心发生反应。
单体在纤维表面接枝后，可增强纤维表面和树脂基体间的相互作用，从而增强了复合材料的界面性能。
纤维是一种高性能纤维,但是由于它表面过于光滑,纤维表面活性又低,没有活性基团,因此与树脂基体的界面粘接性能差,一般比纤维低。
所以需要对纤维表面进行处理,使纤维表面粗糙,提高表面自由能,增加纤维表面极性官能团数量,从而提高纤维与树脂基体的界面粘接强度。
据资料报道,美国道化学公司采用活性等离子体处理方法在实验室对纤维进行表面处理,其中氧等离子处理使界面剪切强度邓提高了欧洲专利〕报道,采用气体三氧化硫对纤维进行磺化改性,通过在纤维表面引人磺酸基团,增加纤维表面极性,可以有效改善纤维表面的润湿性能,使得纤维与环氧树脂间界面剪切强度提高西安交通大学通过使用不同的硅烷类偶联剂对纤维进行涂覆,改性后的纤维与树脂基体间的界面剪切强度可以提高左右石佩玉等人也通过电子束辐射改性纤维,结果表明纤维和橡胶基体间的界面剪切强度可提高。
本文研究了对纤维表面进行电晕放电处理后,纤维环氧复合材料缠绕成型环层间剪切强度的变化情况。
硫酸处理过的PBO纤维虽然强度没有盐酸处理过的纤维强度下降的多，但强度离散性是这几种介质处理后最大的，从图3一26看出在硫酸中纤维的破坏形式不同于在盐酸中，它是以原纤从纤维主体上剥离开始的。
这可能是因为PBO 聚合物可以溶于质子酸的缘故，PBO分子链本身相互作用力很弱，而原纤间微弱的作用力，使其在质子酸中首先发生溶胀，从主体上剥离。
破坏较为严重的纤维已有明显的溶解现象发生(图3一27)，并伴有纤维的扭曲(图3一28)。
硫酸使PBO纤维原纤化，原纤间作用力较弱的则发生从纤维主体上剥离的现象，而在纤维主体上则是原纤间相互作用力的减弱，但并未有像在盐酸中那样使原纤断裂或引起分子链断裂的现象，原纤间作用力的降低，使得它们之间不能很好的均匀分担载荷，故使其强度的分散性增大。
图3一27硫酸处理PBO纤维的表面溶解图3一28硫酸处理PBO纤维溶解及扭曲氢氧化钠处理的PBO纤维在强度与强度分散性方面都没有什么变化，从电镜照片也可看出，纤维表面沉积有氢氧化钠(图3一29)，使其显得比其它纤维表面有更多的杂质，而纤维本身并没有受到损伤(图3一30)。
图3一29氢氧化钠处理PBO纤维(1500倍)图3一30氢氧化钠处理PBO纤维(5000倍)而用丙酮、无水乙醇，煤油处理的纤维，表面并没有变化，下面分别列出以上三种介质1500倍与5000倍的电镜照片以便与图3一21和图3一22中未作处理的。
氢氧化钠处理的PBO纤维在强度与强度分散性方面都没有什么变化，从电镜照片也可看出，纤维表面沉积有氢氧化钠(图3一29)，使其显得比其它纤维表面有更多的杂质，而纤维本身并没有受到损伤(图3一30)。
而用丙酮、无水乙醇，煤油处理的纤维，表面提高界面性能对于提高复合材料的性能是很关键的，而PBO纤维表面惰性很强，因此，第二组实验考虑采用表面涂附的改性法，在涂树脂前，先在纤维上涂一层改性剂一列克拉胶，它是一种多异氰酸酯。
有人用它对Kevlar纤维进行表面处理取得了很好的效果，一是因为Kevlar纤维中酞胺键的H可与列克拉胶中的一NCO反应，二是在有微量水时，它可形成交联结构，其中可形成酸胺基团，可提高与Kevlar纤维的相容性。
在本实验中，就是期望在PBO纤维表面涂附的列克拉胶产生轻微的交联，提供产生氢键的可能性，来增加二者间的相容性，使其有更好的粘接界面。
1.经Kolmogorov检验，pBO纤维的单丝强度符合Weibull分布，用Weibull 分布可以很好的描述该纤维的强度分布状况和纤维强度的分散性。
在强度统计模型基础上，所求得的统计平均强度为5.7一5.8GPa。
仅在纤维长度为Icm时，它的统计强度较高可达6.49GPa，这是临界长度效应造成的，临界长度在3一4cm 范围内。
PBO纤维强度在临界长度后对长度变化不敏感，并且随着纤维长度的增加，纤维强度的分散性减小。
用长度/参数法预报的纤维强度较为符合实际情况。
2.在化学介质对PBO纤维统计强度影响的实验中发现，酸性介质对纤维的强度影响较大。
在室温下处理100小时，浓度为37%的浓盐酸使PBO统计强度下降为2.89GPa，10%硫酸使其强度下降了22.5%，而丙酮、煤油、无水乙醇、10%NaOH 溶液中浸泡100小时，PBO纤维强度保持率分别为100%，96.57%，98.75%和100%，基本没有变化。
用扫描电镜观察，丙酮、煤油、无水乙醇、10%NaOH溶液处理的纤维表面没有损伤和变化，而盐酸和硫酸对纤维产生的破坏形式明显不同，盐酸使纤维产生开裂，硫酸减弱纤维中原纤间的作用力，使纤维原纤化，并带有溶解和扭结现象。
3.在分别采用冷纤维涂胶法、溶液法和纤维预热法制备的纤维束拉伸试件中，它们的平均拉伸强度分别为3776.08，4340.13，5034.77。
工艺一得到的强度与用模型得到的预测值较为吻合，可认为从强度模型得出的预报值可作为拉伸强度的下限。
工艺对于提高纤维束的拉伸强度有明显影响，采用工艺三对纤维束预热的方法，有效增加树脂基体对纤维浸润性，制得的拉伸试样平均强度为SGPa，最高出现了5.33GPa。
Zoem纤维束与loem纤维束相比，强度几乎没有变化，说明纤维束强度随长度的变化与单纤维相似。
4.环氧/PBO纤维单向增强复合材料的预报值高于采用一般方法制造的环氧/PBO单向复合材料，这是因为模型是建立在纤维均匀分散在树脂基体中，且对界面情况考虑的不够完善。
采用手糊/真空袋辅助成型的方法并不能使树脂很好浸润纤维，纤维在固化后树脂基体中分散的很不均匀。
而采用表面涂附改性的方法也未能取得预计的效果。
预浸料/热压成型方法很好的解决了纤维在树脂中均匀分散的问题，这使得强度的预报值与实验值较为接近。
从拉伸断口的电镜照片分析，属于界面和基体的剪切破坏，有很多纤维从树脂剥离和拔出现象，且纤维从树脂剥离或拔出表面都很光滑，表明PBO纤维和树脂的粘接性很差。
5.用动态力学(DMA)的方法考察了环氧/PBO单项复合材料中储能模量、力学内耗和玻璃化温度，从特征谱图知，采用相同树脂基体的PBO纤维复合材料在玻璃化温度、储能模量方面都低于T300复合材料，而表面涂附改性的PBO复合材料其在力学内耗峰值、玻璃化温度方面的微小变化，远没有达到预计效果。
这些比较从另一方面说明PBO纤维并没有发挥应有的性能，纤维与树脂基体的界面是严重影响复合材料性能的关键因素，因此，有必要对PBO纤维表面性质的改进做更深入的研究。
硅烷偶联剂可以提高纤维单丝拔出强度，初步分析其作用机理如下：a.PBO纤维分子一端带有羧基；而偶联剂分子RSiX中的X基经水解后能生3成羟基（-OH），该羟基可与纤维分子中的羧基发生缩水反应，偶联剂另一端 R 基与环氧树脂中的环氧基一起参与固化反应。
这样通过偶联剂就把纤维与树脂通过化学键连接起来，从而提高了单丝拔出强度。
b.从表面能与浸润的观点看，经偶联剂处理后，纤维表面自由能和浸润活化能下降，特别是浸润活化能下降尤为显著。
纤维表面极性较强的基团与偶联剂中的羟基缩合形成了极性较低的醚键，纤维表面为偶联剂中的R基覆盖，从而使得纤维表面的极性下降，而极性的下降又必然导致纤维表面能的降低。
这样一种结果使得纤维与树脂能够较为容易地结合起来，于是也就可以减少界面区的缺陷，利于材料性能的发挥。
复合材料的界面粘接强度与界面的粘接作用力密切相关，纤维与树脂基体的相互作用力可以分为三类:第一类为静力，如“抛锚”作用和摩擦作用所产生的力。
所谓“抛锚”作用是由于未固化的树脂流进粘接纤维粗糙的表面中并发生固化，其作用与轮船的抛锚作用相类似，使树脂基体嵌入粘接纤维的表面，因此也称为抛锚作用或机械嵌合作用，此作用力的大小与纤维表面的粗糙程度有关;第二类为界面分子间作用力，即当胶粘剂与被粘接纤维表面相互接近达到3一5A 的范围时，由London色散、偶极与氢键等作用而产生的力;第三类为化学键力，即当胶粘剂分子与被粘接纤维表面的分子相互接近达到1一3埃米时，发生化学反应而在纤维表面形成化学键合作用。
对于一个粘接体系这三类作用力可能同时存在，但各种作用力对界面粘接性能贡献的大小存在差别，很多学者就此进行大量的研究工作，提出了许多解析复合材料的界面粘接作用的理论，目前具有代表性的界面理论有以下几种:(l)化学键理论：化学键理论是目前应用最广泛的一种理论之一，该理论认为界面处树脂基体中的官能团能与增强纤维表面的官能团发生化学反应，形成共价键结合的界面区，如能满足这一条件即可获得较强的界面粘接。
这一理论得到各种纤维表面处理技术的证实(如:等离子体处理、偶联剂处理、阳极氧化处理等)，因为各种纤维表面处理方法均使得纤维表面产生较多的活性基团，显著地改善增强材料与基体间的界面粘接性能，这一系列的实验结果证明了化学键理论的正确性。
尤其重要的是，界面有了化学键合相互作用，使复合材料的的耐湿热性能和耐介质侵蚀的能力有了显著提高。
此外，界面化学键的形成对复合材料抵抗应力的破坏，防止裂缝扩展的能力也有积极作用。
(2)机械作用理论：机械作用理论最早由McBain于上世纪30年代首先提出，该理论认为被粘纤维表面的不规则性，存在高低不平的峰谷或疏松孔隙结构，有利于树脂的填充，固化后树脂和被粘纤维表面发生咬合而得到固定哪l。
根据该理论，纤维表面粗糙度越高，树脂与被粘纤维表面微穴嵌定的部位越多，复合材料的界面粘接强度也越高。