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。其應用領域廣泛,是制備輕質高強先進復合材料,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,張力對纖維的結構和性能的影響。
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℃左右處均出現結晶放熱峰。在紡絲過程中原絲經拉伸取向,經歷過一次結晶過程,在熱處理過程中出現的結晶現象為二次結晶。HM纖維的結晶放熱峰說明熱處理后的纖維晶體結構仍不完善,因而在DSC測定的升溫過程中還會出現結晶現象,但是其開始結晶的溫度(297℃)要高于AS纖維開始結晶的溫度(236℃)。二次結晶使聚合物結晶度進一步增大,由X射線衍射分析得到的有序結構尺寸也隨之增大。
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絡結構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應力和凝固過程產生的孔隙,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。
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分子鏈的結構更規整,纖維的強度與模量明顯增強。
綜上所述,經過張力下的熱處理,減少了纖維的內應力和凝固過程中產生的孔隙,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。
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