高性能PBO纖維表面改性及抗紫外光性能研究

薛采智

連云港市纖維檢驗中心 江蘇連云港 222000

PBO纖維雖然有著較強的熱穩定性、機械性，但由于其抗紫外線性能較低，因此在長時間光照作用下整體強度會大大降低。為此，本次研究借助多聚磷酸的乙酸溶液對PBO纖維進行表面改性，主要實驗材料有PBO纖維、UV-328紫外光吸收劑、多聚磷酸、乙酸乙酯、乙醇、脂環族環氧樹脂等。

1 PBO纖維的改性

首先，利用多聚磷酸對PBO纖維進行表面改性，具體操作內容分為三個步驟：①將準備好的PBO纖維樣品放入到乙醇當中，并放入超聲震蕩儀器當中，震蕩時間在1小時左右。震蕩完成后，讓PBO纖維繼續浸泡在乙醇當中，浸泡時間在24小時左右，然后將其取出用蒸餾水進行清洗。清洗完成后，將PBO纖維放置在烘箱當中進行烘干處理，溫度控制在120℃，持續時間控制在1小時；②分別配置不同質量分數的多聚磷酸乙酸溶液，溶液配置完成后將烘干后的PBO纖維放入其中，浸泡時間控制在5分鐘左右；③將PBO纖維從多聚磷酸乙酸溶液當中取出，并放入到事先配置好的弱堿溶液當中進行中和。中和完成后，用蒸餾水對PBO纖維進行超聲波攪拌清洗，清洗過后放置于真空環境的烘箱當中烘干，溫度控制在100℃左右[1]。

其次，對PBO纖維進行抗紫外光老化處理。據相關實驗研究結果顯示，404nm、403nm是PBO纖維對光的兩個最大吸收峰，本次研究充分利用了PBO纖維的這一特性，利用UV-328紫外光吸收劑對PBO纖維進行抗紫外光處理，具體操作內容分為3個步驟：①稱取一定質量的脂環族環氧樹脂、固化劑，將其放入實驗容器當中，并在實驗容器當中加入適量的乙酸乙酯，配置成溶液；②將不同質量的UV-328紫外光吸收劑放置于實驗容器當中，分別在容器當中加入適量的水，然后進行超聲攪拌，保證水與UV-328紫外光吸收劑能夠充分混合，從而得到不同質量分數的UV-328溶液；③取出UV-328紫外光吸收劑溶液，放入經過酸處理的PBO纖維，將浸泡時間控制在10分鐘左右，然后取出放置于真空的干燥箱中進行烘干處理，溫度控制在65℃左右，持續時間控制在3小時左右。

2 PBO纖維的抗紫外光性能測試

2.1 性能測試

首先，對經過改性處理的PBO纖維進行表面形貌測試，借助ISM-6360LV掃描電子顯微鏡，檢測PBO纖維的表面形貌。

其次，對經過改性處理的PBO纖維進行拉伸強度測定，利用QUV/spray紫外老化箱對PBO纖維進行紫外光老化處理，并利用MTS-810試驗機對經過老化處理的PBO纖維的拉伸強度進行測試。

2.2 測試結果

2.2.1 表面形貌變化

通過ISM-6360LV掃描電子顯微鏡可以看到，經過多聚磷酸處理的PBO纖維表面出現了不同程度的刻蝕、溶脹現象，表面粗糙度有著顯著增加。另外，經過多聚磷酸乙酸溶液處理的PBO纖維表面粗糙度明顯增加，且表面呈現一定程度的損傷并留有一些較深的溝槽。

2.2.2 拉伸強度測定結果

本次實驗分別采用質量分數為0%、2%、5%、7%、10%的UV-328紫外光吸收劑溶液對PBO纖維進行處理，經QUV/spray紫外老化箱對PBO纖維進行紫外光老化處理后，利用MTS-810試驗機測得的拉伸強度測定結果如圖1所示。

圖1 不同質量分數UV-328紫外光吸收劑對PBO纖維拉伸強度保留率的影響

由圖1可知，隨著UV-328紫外光吸收劑含量的不斷提高，PBO纖維拉伸強度保留率逐漸上升，這表明通過UV-328紫外光吸收劑的處理，在很大程度上提高了PBO纖維的抗紫外光性能[2]。

另外，通過圖1可以看出，當UV-328紫外光吸收劑含量為5%附近時，PBO纖維的拉伸強度保留率達到最高點，并且后續出現隨著UV-328紫外光吸收劑含量的提高PBO纖維的拉伸強度保留率下降的情況。這表明，由于UV-328紫外光吸收劑的溶解度有限，若溶液當中UV-328含量過高，則會析出并聚集于PBO纖維表面，從而導致PBO纖維表面的UV-328分布不均。這樣一來，在經過紫外光老化處理時，由于PBO纖維表面的涂層分布不均，對于紫外光的吸收也有多有少，在此情況下很容易形成應力集中點，從而降低PBO纖維拉伸強度保留率。

3 結語

綜上所述，通過多聚磷酸乙酸溶液、UV-328紫外光吸收劑的應用，使得PBO纖維的抗紫外光性能得到有效提升。通過本次研究能夠看出，在未超出溶解度的情況下，溶液當中UV-328紫外光吸收劑的含量與PBO纖維的抗紫外光性能呈正比例關系，但若超出溶液溶解度，則會降低PBO纖維抗紫外光性能。因此，應該有效把控涂料中的UV-328含量，從而在最大程度上提高PBO抗紫外線性能[3]。