PBO纤维表面改性

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Γ

IFSS 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Γ

IFSS

胂高达lO．44MPa，

相对于仅用偶联剂A-187改性的Γ

IFSS 提高了52％，相对于原丝的Γ

IFSS

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3776.08，4340.13，503

4.77。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