PBO纤维的热处理对其性能和表面形貌的影响

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等离子体处理对PBO纤维强度及形态的影响

择蝠织技术
【３２】
ＣｏｔｔｏｎＴｅｘｔｉｌｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
第４２卷第２期２０１４年２月
等离子体处理对ＰＢＯ纤维强度及形态的影响
张莹马新安蔡普宁
（陕西省纺织科学研究所，陕西西安，７１００３８）
ＺｈａｎｇＹｉｎｇＭａＸｉｎａｎＣａｉＰｕｎｉｎｇ
（ＳｈａａｎｘｉＴｅｘｔｉｌｅＳｃｉｅｎｃｅＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＳｈａａｎｘｉＸｉ＇ａｎ，７１００３８）
摘要：研究低温等离子体处理对ＰＢＯ纤维断裂强度和微观形态的影响。采用低温等离子体对ＰＢＯ纤
维进行处理，筛选出低温等离子体处理ＰＢＯ纤维的最佳条件，分别采用扫描电镜和偏光显微镜观察处理前后纤
维的表观结构和横截面，并利用红外分析光谱对等离子体处理前后纤维的结构进行了分析。结果表明：等离子
ＡｂｓｔｒａｃｔＥｆｆｅｃｔｏｆｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｐｌａｓｍａｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｎＰＢＯｉｆｂｅｒｂｒｅａｋｉｎｇｉｎｔｅｎｓｉｔｙａｎｄｍｉｃｒｏｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．ＰＢＯｉｆｂｅｒｗａｓｔｒｅａｔｅｄｂｙｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｐｌａｓｍａ，ｔｈｅｂｅｓｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｗａｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄｔｏｔｒｅａｔＰＢＯｉｆｂｅｒｂｙｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｐｌａｓｍａ．Ｓｕｆａｒｃｅｓｔｕｃｒｔｕｒｅａｎｄｃｒｏｓｓ — ｓｅｃｔｉｏｎｏｆＰＢＯｉｆｂｅｒｔｒｅａｔｅｄｂｙｐｌａｓｍａｗｅｒｅｏｂｓｅｒｖｅｄｂｙｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｅ — ｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙａｎｄｐｏｌａｒｉｚｉｎｇｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ．ＰＢＯｉｆｂｅｒｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｔｒｅａｔｅｄｂｙｐｌａｓｍａｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙｉｎｆｒａｒｅｄｓｐｅｅ — ｔｒｏｓｃｏｐｙ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｓｐｅｃｉｉｆｃｓｕｆａｒｃｅａｒｅａｏｆＰＢＯｉｆｂｅｒｉｓｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｅｌｅｃｔｒｏｎｗｉｔｈｄｒａｗｉｎｇｇｒｏｕｐｓｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｏｔｈｅＰＢＯｉｆｂｅｒｓｕｆｒａｃｅ．Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙａｎｄｃｒｏｓｓ — ｓｅｃｔｉｏｎｏｆＰＢＯｉｆｂｅｒａｒｅｎｏｔｃｈａｎｇｅｄｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｔｌｙ．ＩｔｉｓｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｔｈａｔｓｌｌｒｆａｃｅｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆＰＢＯｉｆｂｅｒｃａｎｂｅｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈｒｏｕｇｈｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｐｌａｓｍａｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｄｙｅｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆＰＢＯｉｆｂｅｒｃａｎｂｅｉｍｐｒｏｖｅｄ．

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]。

PPA处理PBO纤维的力学性能和表面形态研究

PPA处理PBO纤维的力学性能和表面形态研究刘姝瑞;谭艳君;马佳利;霍倩【期刊名称】《印染助剂》【年(卷),期】2016(33)5【摘要】PBO纤维不耐强质子酸，用PPA对PBO纤维进行处理，探讨不同时间、不同用量PPA处理后PBO纤维力学性能和表面形态的变化。

PPA处理使PBO纤维强力下降，纤维表面形态发生变化。

低质量分数PPA短时间处理的PBO纤维强力下降低，表面粗糙度有一定增加；高质量分数PPA长时间处理的纤维强力下降迅速，表皮层大量剥落，甚至对芯层有一定刻蚀，纤维失去应用价值。

PPA对PBO纤维需要在低质量分数、较短时间内进行表面处理，才能改善纤维表面惰性，保证纤维的服用价值。

%PBO fiber is not resistant to strong protonic acid. PBO fiber was treated by polyphosphoric ac⁃id with different concentrations for different time, the mechanical properties and the change of the surface morphology were discussed. After PPA treatment,the strength of PBO fiber was decreased, and the surface morphology changed. The strength of PBO was somewhat reduced and the roughnessof the fiber surface was increased by low concentration PPA treatment for short time; by high concentration PPA treatment for long time, the strength of PBO fiber lowered rapidly, and the surface fibers largely peeled off, even the microfi⁃bers in the core were corrosive and the fibers lost the application value. To ensure the wearability value of fi⁃bers, the PBO fibershould be treated with low concentration of PPA for shorter time, which could improve the surface inertia of fibers.【总页数】4页(P30-33)【作者】刘姝瑞;谭艳君;马佳利;霍倩【作者单位】西安工程大学纺织与材料学院，陕西西安 710048;西安工程大学纺织与材料学院，陕西西安 710048;西安工程大学纺织与材料学院，陕西西安710048;西安工程大学纺织与材料学院，陕西西安 710048【正文语种】中文【中图分类】TQ342+.73;TS195.6【相关文献】1.多聚磷酸复配体系处理PBO纤维改善表面性能的研究 [J], 刘姝瑞;谭艳君;霍倩;李文燕;马佳利2.几种化学试剂处理PBO纤维及其力学性能的影响研究 [J], 刘姝瑞;谭艳君;张明宇;霍倩;李文燕3.PBO纤维表面分析与表面偶联剂处理 [J], 刘新东;丘哲明;王斌;杨建奎4.表面处理对环氧树脂／PBO纤维界面剪切强度的影响 [J], 梁宁纳;李光5.化学试剂PPA/NH4Cl处理PBO纤维的影响因素分析 [J], 刘姝瑞;谭艳君;李文燕;霍倩因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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

１概述
２０１１年３月２０１２年３月却
ＦＪ０５０２ — １２．２８２７．８８６
２．９６２
式中：ｗｃ＿转子与壳体之间的间隙宽度；Ｌ。转子与壳体之间的间隙长度；１１一液体的动力粘度；Ａｐ一流量计前后的压力差；ｃ一常数，取值
０．０８３３。
２０１１年４月
ＦＪＯ５０１
ＦＪ０５０２
２０１２年４月
ＦＪＯ５Ｏ１３．９８７
ＦＪ０５０２１２．６６５
从漏流量公式可以看出，漏流量与粘度成反比关系，漏流量随粘度不同而异。由于粘度随着温度升高而降低。所以温度越高，漏流量也就从表中可以看出，使用新方案，大大减低了退补量，确保计量的准确性和公平性。越大，温度越低，漏流量就越小。２．２．２粘度变化对ＭＦ系数的影响５总结粘度变化、漏流量均会对流量｝十误差产生影响。这种影响主要表现在国内原油计量交接方面，使用准确度更高的刮板流量计将逐渐对流量计准确性进行为无论流量范围如何，均随着液体粘度的降低，其计量误差向负值方向成为主流。我们通过长时间现场数据研究及比对，通过改变检定方式，解决了因原油结蜡和粘度变化，导致增加，即ＭＦ值增大。其原因是漏流量增加时，更多的原油未经流量ｉ十了细致探讨，量而到达体积管，检定球更早地触发了检测开关完成一次检定，造成流刮板流量计在冬季运行过程中ＭＦ系数出现较大偏差的问题，确保了计经刮板流量计的显示值（参与ＭＦ计算的值）比实际值小，也可以直观地量交接的公平，ｌ生。参考文献判断出漏流量的增加导致ＭＦ系数的增大，漏流量的减小导致ＭＦ系数的减小这一关系。［１］崔骊水，朱永宏等ＪＪＧ６６７－２０１０液体容积式流量计检定规程【ｓ］．中华人民共和国国家计量检定规程，２０１０．２＿３原油结蜡对ＭＦ系数的影响结蜡对刮板流量汁的影响主要表现在以下两个方面：１２１郑琦，高军等．ＧＢ／ｒ９１０９．５－２００９石油和液体石油产品油量计算动态（１）由于刮板流量计是容积式流量计，工作原理主要靠计量腔体的计量『ｓ］．中华人民共和国国家标准，２００９．

几种高性能纤维的表面性能及其对界面粘接的影响

文章编号:100622793(2004)0320224205几种高性能纤维的表面性能及其对界面粘接的影响①王　斌1,金志浩1,丘哲明2,刘爱华2(1.西安交通大学材料科学与工程学院,西安　710049;2.中国航天科技集团公司四院四十三所,西安　710025)摘要:分别使用扫描电镜和X 射线光电子能谱仪,对T 2800炭纤维、F 212有机纤维及新型超高强度PBO 纤维(聚对苯撑苯并双　唑)进行了物理与化学表征和分析,用SEM 观察得出这三种纤维表面物理形态差别清晰可见,T 2800纤维表面沟槽深且直径小,PBO 纤维表面极光滑且直径中等,F 212纤维直径最大且表面有微小沟槽。

XPS 定量分析表明,这三种纤维表面活性也不一样,T 2800纤维表面活性较多,PBO 纤维表面活性最差。

纤维表面状态的差异体现在它们与树脂复合后的材料界面粘接性能上,T 2800纤维的界面剪切强度(IFSS )高,F 212纤维次之,PBO 纤维最差。

关键词:高性能纤维;表面状态;表征;界面粘接中图分类号:TB332 文献标识码:ASurface performance and effects on interfacial adhesion of several high performance f ibersWAN G Bin 1,J IN Zhi 2hao 1,Q IU Zhe 2ming 2,L IU Ai 2hua 2//1.School of Materials Science Technology &Engineering ,Xi ’an Jiaotong University ,Xi ’an 710049,China ;2.The 43rd Institute of the Fourth Academy of CASC ,Xi ’an 710025,China.Abstract :Using scanning electron microscopy (SEM )and X 2rayphotoelectron spectroscopy (XPS ),the surface physical and chem 2ical characterization of T 2800carbon fiber ,F 212aramid fiber and the new poly (p 2phenylene benzobisoxazole )fiber (PBO )were con 2duicted.SEM observation reveals their different physical surface distinctly.S ome deep grooves exist on surface of T 2800fiber with the smallest diameter ,surface of PBO fiber with medium diameter is very slippery ,and shallow grooves exist on surface of F 212fiber with the biggest diameter.XPS quantitative analysis shows that three kinds of fiber surface activity are different evidently.There are more active groups on T 2800fiber surface ,but few active groups on PBO fiber surface ,so its surface is inactive.These dis 2crepancies in fiber surface activity of T 2800,F 212and PBO lead to the differences in the mechanical adhesive property of composite in 2terface.The interfacial shear strength (IFSS )of T 2800fiber is higher than that of F 212fiber and IFSS of PBO fiber is the lowest.K ey w ords :high performance fiber ;surface state ;characteriza 2tion ;interfacial adhesion1　引言随着航空航天领域对材料性能要求的不断提高,轻质高强复合材料的应用越来越广泛。

超高性能PBO纤维Zylon的结构_力学性能及应用

轮胎帘子线
缆绳直径减小, 容量增大轮胎轻量化, 系统节能
高模量尺寸稳定( 低蠕变) 绝缘性( 低介电损耗) 高模、高强低收缩率
耐热垫材铝材、玻璃制品成型时耐耐热性超过 350 的替代钢/ 陶瓷纤维的
热垫材
柔软垫材
耐热性好毡化后柔软
防护材料运动领域
消防服防弹头盔、防弹衣帆布
2001 年第 2 期
产业用纺织品
41
7 产品用途
Zylon 可用在运动领域、防护材料领域、耐热
材料和耐摩擦材料领域以及电缆的承载和绳索领域等, 具体应用概括举例见表 6[ 6, 7] 。
表 6 Zylon 的应用
应用领域
用途例子
期待的性能及优点
对纤维特性的要求
张力承载光纤电缆承载部分架桥用缆绳
成, 比较其晶体结构发现, 所有的分子链、晶体和
在高性能纤维中 Zylon 具有最高的拉伸强度
微原纤/ 原纤均沿纤维轴向高度取向。PBO 的大和拉伸模量, 其性能对比见下表。
表 3 Zylon 和其他纤维的性能对比
纤维
强度
模量
伸长率
密度
回潮率
LOI耐Biblioteka 性 ∀( N/ tex )
( N/ tex)
( %)
产业用纺织品
第 19 卷总第 125 期
次之后的强度保持率分别在 35% , 35% , 35% , 35% 和 48% 左右。
4. 1 捻度对拉伸力学性能的影响 Zylon 一般是无捻丝, 为了得到最佳拉伸强力
一般施加一定的捻度。对于不同线密度的复丝, 最佳捻度水平可用捻系数来估算, 捻系数用下面的公式得到: 捻系数( Twist f actor ) = 0. 131 ! 捻度( 捻 / 英寸)

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。

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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。

3 结果与讨论
3.1 热处理对PBO纤维拉伸强度的影响
PBO纤维的拉伸强度在不同的张力和处理时间下随温度的变化如图3-1所示，从图中可以看出PBO纤维的拉伸强度随热处理温度的升高而呈现如下规律：张力和时间的变化对纤维强度有一定影响，但温度是主要的影响因素；在低于650℃的温度下热处理，其纤维的强度无明显变化，而在热处理温度高于650℃时则其拉伸强度逐渐下降。

分析其原因可能是PBO纤维在650℃时开始发生热分解，且随温度升高其热分解程度加大，导致纤维表面和内部可能会出现一定程度的缺陷，故强度呈现逐渐下降的趋势。

3.2 热处理对PBO表面形貌的影响
通过对TG测试结果的分析可以看出：经过热处理的PBO纤维的热分解温度和热失重斜率最大点温度较未处理的纤维有明显降低，且随热处理温度的升高呈现出逐渐降低的趋势，至800℃时出现一个较大程度的降低。

这可能是高温热处理导致PBO纤维在热处理过程中已经有一定程度上的分解，分子链有部分断裂，进而导致其在稍低的温度就已经发生分解，并且分解的速率较未处理的PBO 纤维快[6]。

4 结论
4.1 当热处理温度低于600℃时，对PBO纤维的拉伸强度的影响不大，但是高于650℃时，拉伸强度明显降低。

4.2 热处理有助于改善PBO纤维的粗糙程度，从来增强其与树脂基体的结合强度。

4.3 经过高温热处理的PBO纤维的热分解温度和热失重斜率最大点温度较未处理的纤维有明显降低，且随热处理温度的升高呈现出逐渐降低的趋势，700℃至800℃时出现一个较大程度的降低。

参考文献
[1]李霞，黄玉东，矫灵艳.PBO纤维的合成及其微观结构高分子通报，2004，（4）：102-107.
[2]罗益峰.世界高性能纤维的研究发展近况[J].高科技纤维与应用.2002，27（3）：1～11.
[3]汪家铭.PBO纤维的发展与应用前景[J].石油化工技术与经济，2009，25（2）：26-31.
[4]马春杰，宁荣昌.PBO纤维的研究及进展[J].高科技纤维与应用，2004，29（3）：46-51.
[5]承建军，张敏，刘子涛等.热处理对PBO纤维分子链结构和性能的影响[J].固体火箭技术，2007（4）：353-357.
[6]张敏，唐来安，庄启昕等.聚亚苯基苯并二噁唑的热分解行为[M].华东理工大学学报.2006，32（1）：60-64.
作者简介：巩桂芬（1966-），女，汉族，黑龙江哈尔滨人，教授，博士。

主要从事生物质能源化工的研究，主要研究领域为功能材料、生物质化工，通訊联系人。