高性能PBO纤维表面改性及抗紫外光性能研究

薛采智

连云港市纤维检验中心 江苏连云港 222000

PBO纤维虽然有着较强的热稳定性、机械性，但由于其抗紫外线性能较低，因此在长时间光照作用下整体强度会大大降低。为此，本次研究借助多聚磷酸的乙酸溶液对PBO纤维进行表面改性，主要实验材料有PBO纤维、UV-328紫外光吸收剂、多聚磷酸、乙酸乙酯、乙醇、脂环族环氧树脂等。

1 PBO纤维的改性

首先，利用多聚磷酸对PBO纤维进行表面改性，具体操作内容分为三个步骤：①将准备好的PBO纤维样品放入到乙醇当中，并放入超声震荡仪器当中，震荡时间在1小时左右。震荡完成后，让PBO纤维继续浸泡在乙醇当中，浸泡时间在24小时左右，然后将其取出用蒸馏水进行清洗。清洗完成后，将PBO纤维放置在烘箱当中进行烘干处理，温度控制在120℃，持续时间控制在1小时；②分别配置不同质量分数的多聚磷酸乙酸溶液，溶液配置完成后将烘干后的PBO纤维放入其中，浸泡时间控制在5分钟左右；③将PBO纤维从多聚磷酸乙酸溶液当中取出，并放入到事先配置好的弱碱溶液当中进行中和。中和完成后，用蒸馏水对PBO纤维进行超声波搅拌清洗，清洗过后放置于真空环境的烘箱当中烘干，温度控制在100℃左右[1]。

其次，对PBO纤维进行抗紫外光老化处理。据相关实验研究结果显示，404nm、403nm是PBO纤维对光的两个最大吸收峰，本次研究充分利用了PBO纤维的这一特性，利用UV-328紫外光吸收剂对PBO纤维进行抗紫外光处理，具体操作内容分为3个步骤：①称取一定质量的脂环族环氧树脂、固化剂，将其放入实验容器当中，并在实验容器当中加入适量的乙酸乙酯，配置成溶液；②将不同质量的UV-328紫外光吸收剂放置于实验容器当中，分别在容器当中加入适量的水，然后进行超声搅拌，保证水与UV-328紫外光吸收剂能够充分混合，从而得到不同质量分数的UV-328溶液；③取出UV-328紫外光吸收剂溶液，放入经过酸处理的PBO纤维，将浸泡时间控制在10分钟左右，然后取出放置于真空的干燥箱中进行烘干处理，温度控制在65℃左右，持续时间控制在3小时左右。

2 PBO纤维的抗紫外光性能测试

2.1 性能测试

首先，对经过改性处理的PBO纤维进行表面形貌测试，借助ISM-6360LV扫描电子显微镜，检测PBO纤维的表面形貌。

其次，对经过改性处理的PBO纤维进行拉伸强度测定，利用QUV/spray紫外老化箱对PBO纤维进行紫外光老化处理，并利用MTS-810试验机对经过老化处理的PBO纤维的拉伸强度进行测试。

2.2 测试结果

2.2.1 表面形貌变化

通过ISM-6360LV扫描电子显微镜可以看到，经过多聚磷酸处理的PBO纤维表面出现了不同程度的刻蚀、溶胀现象，表面粗糙度有着显著增加。另外，经过多聚磷酸乙酸溶液处理的PBO纤维表面粗糙度明显增加，且表面呈现一定程度的损伤并留有一些较深的沟槽。

2.2.2 拉伸强度测定结果

本次实验分别采用质量分数为0%、2%、5%、7%、10%的UV-328紫外光吸收剂溶液对PBO纤维进行处理，经QUV/spray紫外老化箱对PBO纤维进行紫外光老化处理后，利用MTS-810试验机测得的拉伸强度测定结果如图1所示。

图1 不同质量分数UV-328紫外光吸收剂对PBO纤维拉伸强度保留率的影响

由图1可知，随着UV-328紫外光吸收剂含量的不断提高，PBO纤维拉伸强度保留率逐渐上升，这表明通过UV-328紫外光吸收剂的处理，在很大程度上提高了PBO纤维的抗紫外光性能[2]。

另外，通过图1可以看出，当UV-328紫外光吸收剂含量为5%附近时，PBO纤维的拉伸强度保留率达到最高点，并且后续出现随着UV-328紫外光吸收剂含量的提高PBO纤维的拉伸强度保留率下降的情况。这表明，由于UV-328紫外光吸收剂的溶解度有限，若溶液当中UV-328含量过高，则会析出并聚集于PBO纤维表面，从而导致PBO纤维表面的UV-328分布不均。这样一来，在经过紫外光老化处理时，由于PBO纤维表面的涂层分布不均，对于紫外光的吸收也有多有少，在此情况下很容易形成应力集中点，从而降低PBO纤维拉伸强度保留率。

3 结语

综上所述，通过多聚磷酸乙酸溶液、UV-328紫外光吸收剂的应用，使得PBO纤维的抗紫外光性能得到有效提升。通过本次研究能够看出，在未超出溶解度的情况下，溶液当中UV-328紫外光吸收剂的含量与PBO纤维的抗紫外光性能呈正比例关系，但若超出溶液溶解度，则会降低PBO纤维抗紫外光性能。因此，应该有效把控涂料中的UV-328含量，从而在最大程度上提高PBO抗紫外线性能[3]。