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(yàn)中心 江蘇連云港 222000

PBO纖維雖然有著較強(qiáng)的熱穩(wěn)定性、機(jī)械性，但由于其抗紫外線性能較低，因此在長(zhǎng)時(shí)間光照作用下整體強(qiáng)度會(huì)大大降低。為此，本次研究借助多聚磷酸的乙酸溶液對(duì)PBO纖維進(jìn)行表面改性，主要實(shí)驗(yàn)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(huán)族環(huán)氧樹脂等。

1 PBO纖維的改性

首先，利用多聚磷酸對(duì)PBO纖維進(jìn)行表面改性，具體操作內(nèi)容分為三個(gè)步驟：①將準(zhǔn)備好的PBO纖維樣品放入到乙醇當(dāng)中，并放入超聲震蕩儀器當(dāng)中，震蕩時(shí)間在1小時(shí)左右。震蕩完成后，讓PBO纖維繼續(xù)浸泡在乙醇當(dāng)中，浸泡時(shí)間在24小時(shí)左右，然后將其取出用蒸餾水進(jìn)行清洗。清洗完成后，將PBO纖維放置在烘箱當(dāng)中進(jìn)行烘干處理，溫度控制在120℃，持續(xù)時(shí)間控制在1小時(shí)；②分別配置不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(shí)間控制在5分鐘左右；③將PBO纖維從多聚磷酸乙酸溶液當(dāng)中取出，并放入到事先配置好的弱堿溶液當(dāng)中進(jìn)行中和。中和完成后，用蒸餾水對(duì)PBO纖維進(jìn)行超聲波攪拌清洗，清洗過后放置于真空環(huán)境的烘箱當(dāng)中烘干，溫度控制在100℃左右[1]。

其次，對(duì)PBO纖維進(jìn)行抗紫外光老化處理。據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果顯示，404nm、403nm是PBO纖維對(duì)光的兩個(gè)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(duì)PBO纖維進(jìn)行抗紫外光處理，具體操作內(nèi)容分為3個(gè)步驟：①稱取一定質(zhì)量的脂環(huán)族環(huán)氧樹脂、固化劑，將其放入實(shí)驗(yàn)容器當(dāng)中，并在實(shí)驗(yàn)容器當(dāng)中加入適量的乙酸乙酯，配置成溶液；②將不同質(zhì)量的UV-328紫外光吸收劑放置于實(shí)驗(yàn)容器當(dāng)中，分別在容器當(dāng)中加入適量的水，然后進(jìn)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(zhì)量分?jǐn)?shù)的UV-328溶液；③取出UV-328紫外光吸收劑溶液，放入經(jīng)過酸處理的PBO纖維，將浸泡時(shí)間控制在10分鐘左右，然后取出放置于真空的干燥箱中進(jìn)行烘干處理，溫度控制在65℃左右，持續(xù)時(shí)間控制在3小時(shí)左右。

2 PBO纖維的抗紫外光性能測(cè)試

2.1 性能測(cè)試

首先，對(duì)經(jīng)過改性處理的PBO纖維進(jìn)行表面形貌測(cè)試，借助ISM-6360LV掃描電子顯微鏡，檢測(cè)PBO纖維的表面形貌。

其次，對(duì)經(jīng)過改性處理的PBO纖維進(jìn)行拉伸強(qiáng)度測(cè)定，利用QUV/spray紫外老化箱對(duì)PBO纖維進(jìn)行紫外光老化處理，并利用MTS-810試驗(yàn)機(jī)對(duì)經(jīng)過老化處理的PBO纖維的拉伸強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試。

2.2 測(cè)試結(jié)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(jīng)過多聚磷酸處理的PBO纖維表面出現(xiàn)了不同程度的刻蝕、溶脹現(xiàn)象，表面粗糙度有著顯著增加。另外，經(jīng)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(xiàn)一定程度的損傷并留有一些較深的溝槽。

2.2.2 拉伸強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果

本次實(shí)驗(yàn)分別采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%、2%、5%、7%、10%的UV-328紫外光吸收劑溶液對(duì)PBO纖維進(jìn)行處理，經(jīng)QUV/spray紫外老化箱對(duì)PBO纖維進(jìn)行紫外光老化處理后，利用MTS-810試驗(yàn)機(jī)測(cè)得的拉伸強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)UV-328紫外光吸收劑對(duì)PBO纖維拉伸強(qiáng)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(qiáng)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(dāng)UV-328紫外光吸收劑含量為5%附近時(shí)，PBO纖維的拉伸強(qiáng)度保留率達(dá)到最高點(diǎn)，并且后續(xù)出現(xiàn)隨著UV-328紫外光吸收劑含量的提高PBO纖維的拉伸強(qiáng)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(dāng)中UV-328含量過高，則會(huì)析出并聚集于PBO纖維表面，從而導(dǎo)致PBO纖維表面的UV-328分布不均。這樣一來，在經(jīng)過紫外光老化處理時(shí)，由于PBO纖維表面的涂層分布不均，對(duì)于紫外光的吸收也有多有少，在此情況下很容易形成應(yīng)力集中點(diǎn)，從而降低PBO纖維拉伸強(qiáng)度保留率。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過多聚磷酸乙酸溶液、UV-328紫外光吸收劑的應(yīng)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(dāng)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(guān)系，但若超出溶液溶解度，則會(huì)降低PBO纖維抗紫外光性能。因此，應(yīng)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]。