紫外光輻照對PBO纖維老化性能的影響

劉姝瑞 ，張明宇，譚艷君，霍 倩

[1.西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院，陜西西安710048；2.東莞德永佳紡織制衣有限公司，廣東東莞523000；3.偉格仕紡織助劑（江門）有限公司，廣東江門529000；4.西安工程大學(xué)產(chǎn)業(yè)用紡織品協(xié)同創(chuàng)新中心，陜西西安710048]

聚對苯撐苯并二口惡唑（poly-p-phenylene benzobisoxazole，簡稱PBO）纖維是目前所發(fā)現(xiàn)的性能最好的有機(jī)纖維之一，屬芳雜環(huán)類高性能聚合物。PBO纖維具有“超高強(qiáng)度”“超高模量”“超高耐熱性”和“超阻燃性”4項(xiàng)“超”性能[1]，被譽(yù)為“纖維之王”，將成為傳統(tǒng)高強(qiáng)高模纖維的替代產(chǎn)品[2]，是國防、航空、航天領(lǐng)域的理想纖維材料。目前國外已將PBO 纖維成功應(yīng)用于高性能復(fù)合材料、防護(hù)服、裝甲防護(hù)、光纜等高技術(shù)領(lǐng)域[3]。但是，目前PBO 纖維只有日本東洋紡株式會社生產(chǎn)，主要作為軍需品對歐美和日本銷售[4]；由于技術(shù)封鎖，國內(nèi)應(yīng)用相對較少。

纖維老化是由于纖維結(jié)構(gòu)或組分內(nèi)部具有易引起老化的弱點(diǎn)，在加工、儲存和應(yīng)用過程中，因內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部環(huán)境的共同作用，纖維性能逐漸降低，最終喪失使用價(jià)值，屬不可逆變化[5-6]。纖維老化的本質(zhì)是高分子材料物理結(jié)構(gòu)或化學(xué)結(jié)構(gòu)的改變，PBO纖維對大部分有機(jī)溶劑和堿穩(wěn)定，但對酸、溫濕度、紫外光穩(wěn)定性差[7-8]。在使用過程中，PBO纖維受氧氣、紫外光、酸堿鹽等化學(xué)、物理介質(zhì)等環(huán)境因素的綜合作用，其化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)會發(fā)生一系列變化，使PBO纖維的強(qiáng)度降低，導(dǎo)致斷裂、發(fā)黏甚至碎成渣，這種物理性能逐漸降低，喪失原有超高性能的現(xiàn)象便是PBO纖維的老化[9-20]。據(jù)報(bào)道，用PBO纖維制成的防彈衣使用不到5年性能即大幅下降[21]。因此，需要對PBO纖維的老化性能有更深入的了解和研究，探究化學(xué)試劑、紫外光等多種因素對PBO纖維理化性能的影響，探究PBO纖維的老化機(jī)理，尋找適合的改性方法。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料及儀器

材料：聚對苯撐苯并二口惡唑（PBO）纖維（細(xì)度1.5dtex，日本東洋紡株式會社）；80%多聚磷酸（PPA，分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司），乙酸（CH3COOH）、氯化銨（NH4Cl）（分析純，西安三浦化學(xué)試劑有限公司）。

儀器：F20T8UVA-365 nm 20 W紫外燈（北京光電研究所），F(xiàn)20T8UVB-308 nm 20 W 紫外燈（北京中儀博騰科技有限公司），BP221S電子分析天平（德國Sartorius 公司），YG(B)006 電子單纖維強(qiáng)力機(jī)（寧波紡織儀器廠），Quanta-450-FEG 掃描電子顯微鏡（FEI 公司），Spotlight 400 Frontier 傅里葉變換紅外光譜儀（Perkin Elmer公司），GJ-1紅外線干燥箱（上海實(shí)驗(yàn)儀器廠），DZ-2BC 真空干燥箱（天津市泰斯特儀器有限公司），Y151纖維摩擦系數(shù)測試儀（常州第二紡織機(jī)械有限公司），SENTRY ST-512光照強(qiáng)度測試儀（臺灣先馳光電股份有限公司），STA7300熱重分析儀（日本日立公司），Dmax-Rapid ⅡX 射線衍射儀（日本理學(xué)公司），紫外老化裝置為自制燈箱（見圖1，正面用防紫外涂層布阻隔，防止紫外光漏出對實(shí)驗(yàn)人員及其余設(shè)備造成損傷，燈箱內(nèi)頂部有4組燈管，均可獨(dú)立開關(guān)，燈箱內(nèi)設(shè)有可放置實(shí)驗(yàn)樣品的自制樣品臺。在輻照過程中，燈箱全封閉，所有樣品經(jīng)紫外光輻照后立即放入干凈的密封袋中保存，防止樣品表面受到污染）。

圖1 紫外老化裝置

1.2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

1.2.1 試劑配制

N：無化學(xué)試劑處理，A：8%多聚磷酸，15%氯化銨，20 ℃處理2 h；B：8%多聚磷酸，12%乙酸，20 ℃處理2 h。將現(xiàn)配的化學(xué)試劑倒入玻璃染色缸中，使化學(xué)試劑（或水）浸沒載玻片。

1.2.2 樣品制作

在清洗干凈的載玻片上繪制2.0 cm×2.5 cm邊框（圖2a），用電子天平稱取0.01 g清洗干燥的PBO 短纖維束固定于邊框兩頭，以防PBO纖維在處理過程中飛散。載玻片放置于有化學(xué)試劑的玻璃染色缸中（圖2b）。

圖2 樣品制作圖

1.3 紫外光輻照

由于測試試樣較多，對所用化學(xué)試劑、處理?xiàng)l件和標(biāo)記如表1所示。“UVA”代表光照強(qiáng)度為20 μW/cm2的紫外UVA；“UVB”代表光照強(qiáng)度為20 μW/cm2的紫外UVB；“2UVB”代表光照強(qiáng)度為 26 μW/cm2的紫外UVB，“3UVB”代表光照強(qiáng)度為40 μW/cm2的紫外UVB。例如“3UVB-B-192 h”表示光照強(qiáng)度為40 μW/cm2的紫外UVB輻照192 h的試樣。

表1 紫外光輻照方案

1.4 測試

1.4.1 斷裂強(qiáng)力

參考GB/T 14337—2008《化學(xué)纖維短纖維拉伸性能測試方法》使用電子單纖維強(qiáng)力機(jī)（夾距10 mm，定點(diǎn)拉伸速度20 mm/min，勻速拉伸）測試，每組試樣測量50次，并取平均值。

1.4.2 掃描電子顯微鏡（SEM）

采用離子濺射進(jìn)行噴金導(dǎo)電處理后放到掃描電鏡上觀察，測試倍數(shù)為5 000倍。

1.4.3 紅外光譜

紅外光譜是研究分子結(jié)構(gòu)的一種常用手段，可用于分析纖維等聚合物材料的結(jié)構(gòu)變化。本實(shí)驗(yàn)主要采用近幾年來發(fā)展較快的傅里葉變換衰減全反射紅外光譜法（ATR）[22-23]。將需測試的纖維樣品用酒精洗凈，烘干后使用ATR方法進(jìn)行測試，掃描次數(shù)32，分辨率為4 cm-1。

1.4.4 熱重（TG）/差熱分析法（DTA）

TG 是通過測試樣品質(zhì)量與溫度的變化，分析測試樣品的組分和熱穩(wěn)定性；DTA主要表征樣品在各溫度區(qū)間是放熱還是吸熱。采用熱失重分析儀按GB/T 27761—2011進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同波段紫外光輻照對PBO纖維的影響

2.1.1 斷裂強(qiáng)力

PBO纖維和經(jīng)化學(xué)試劑處理的PBO纖維，分別經(jīng)20 μW/cm2紫外UVA和UVB輻照，斷裂強(qiáng)力隨輻照時(shí)間的變化基本符合六次多項(xiàng)式。由圖3 可知，在UVA-N、UVA-A、UVB-N、UVB-A、UVA-B 和UVB-B的處理下，斷裂強(qiáng)力隨著輻照時(shí)間的延長而降低，經(jīng)六次多項(xiàng)式擬合，擬合度分別為0.995 81、0.998 11、0.998 78、0.999 80、0.994 76 和0.998 01。在紫外UVA輻照下，斷裂強(qiáng)力持續(xù)下降，輻照72 h，在UVA-N、UVA-A 和UVA-B 的處理下，斷裂強(qiáng)力分別下降12.8%、7.6%、和7.7%；輻照144 h，斷裂強(qiáng)力分別下降19.5%、14.6%和22.5%；繼續(xù)輻照，在UVA-N 下，斷裂強(qiáng)力下降速率逐漸變緩，而UVA-A、UVA-B 下，斷裂強(qiáng)力下降速率增大?；瘜W(xué)試劑A的處理和化學(xué)試劑B處理加速了UVA輻照PBO纖維斷裂強(qiáng)力的下降。

圖3 化學(xué)試劑A/B處理的PBO纖維在不同紫外光輻照下斷裂強(qiáng)力隨輻照時(shí)間的變化

在UVB-N 處理下，纖維經(jīng)輻照后斷裂強(qiáng)力迅速下降，輻照144 h 時(shí)斷裂強(qiáng)力下降29.1%，而后斷裂強(qiáng)力下降放緩；輻照192 h，斷裂強(qiáng)力下降35.3%，為23.96 cN。在UVB-A 處理下，纖維在輻照小于144 h時(shí)斷裂強(qiáng)力下降1.9%，變化很??；繼續(xù)輻照，斷裂強(qiáng)力開始大幅下降，纖維表層發(fā)生剝落，輻照192 h時(shí)斷裂強(qiáng)力下降18.9%。在UVB-B 處理下，在輻照前120 h斷裂強(qiáng)力下降0.9%，幾乎未發(fā)生變化，輻照120 h 后，斷裂強(qiáng)力開始大幅下降，PBO 纖維表層剝落，導(dǎo)致斷裂強(qiáng)力大幅下降。說明化學(xué)試劑處理PBO 纖維均能有效延緩UVB輻照PBO纖維的老化現(xiàn)象，化學(xué)試劑A的延緩效果較化學(xué)試劑B好。

2.1.2 表面形態(tài)

PBO 原纖（即未經(jīng)任何處理的PBO 纖維）及化學(xué)試劑處理的PBO 纖維經(jīng)紫外UVA 和UVB 輻照192 h的SEM圖見圖4。

圖4 不同波段紫外光輻照下PBO纖維的SEM圖

由圖4可知，在 UVA-N 處理下輻照 192 h ，纖維表面粗糙，有刻蝕和溝壑產(chǎn)生，無表層剝落現(xiàn)象；在UVB-N 處理下，纖維表層剝落，溝壑較深，刻蝕較大。未經(jīng)化學(xué)試劑處理的纖維，經(jīng)紫外UVB輻照后損傷程度比紫外UVA輻照大。

在UVA-B處理下輻照192 h，纖維刻蝕嚴(yán)重，表面十分粗糙，說明纖維芯層也遭受了大量刻蝕，纖維表層已剝落，纖維損傷嚴(yán)重；在UVB-B 處理下輻照，纖維表層溝壑較深，部分表層剝落，剝落部分相對較光滑，纖維芯層刻蝕較小。說明UVB-B 輻照對纖維的損傷較UVA-B輻照小。

2.1.3 紅外光譜

PBO 原纖及化學(xué)試劑處理的PBO 纖維經(jīng)紫外UVA和UVB輻照192 h的紅外光譜如圖5所示。

圖5 UVA與UVB輻照192 h的PBO纖維紅外光譜圖

由圖5可知，在UVA-N、UVA-A、UVA-B和UVBN處理下輻照，PBO纖維在2 850、2 925 cm-1處出現(xiàn)較為明顯的雙吸收峰，說明有亞甲基（—CH2）產(chǎn)生，且在UVB-N處理下輻照的振動吸收最劇烈，說明在UVBN處理下輻照產(chǎn)生的—CH2最多，纖維內(nèi)部發(fā)生斷裂，在—CH—鏈斷裂處產(chǎn)生了亞甲基。

6種處理?xiàng)l件下的PBO纖維，在1 745 cm-1處均產(chǎn)生新的酯羰基吸收峰，說明口惡唑環(huán)發(fā)生了開環(huán)反應(yīng)，分子降解形成了酯羰基，且UVB 輻照的峰值較UVA輻照明顯，未經(jīng)化學(xué)試劑處理的峰值比經(jīng)化學(xué)試劑處理的明顯，說明UVB 輻照對纖維結(jié)構(gòu)的破壞大于UVA，化學(xué)試劑處理可以保護(hù)纖維結(jié)構(gòu)，使纖維在紫外輻照下不易被破壞。

PBO 原纖在3 000～3 100 cm-1處的吸收峰經(jīng)紫外輻照后峰值減弱。經(jīng)UVA 輻照形成較寬的O—H 吸收峰，纖維結(jié)構(gòu)發(fā)生輕微斷裂。經(jīng)UVB輻照形成兩個(gè)強(qiáng)度大致相等的雙吸收峰，這是伯酰胺締合后形成的，纖維大分子結(jié)構(gòu)已發(fā)生斷裂，形成了游離的伯酰胺結(jié)構(gòu)?；瘜W(xué)試劑處理后的纖維再經(jīng)紫外UVA輻照，吸收峰減弱并發(fā)生平移，轉(zhuǎn)為較微弱的酰胺鍵吸收峰；且化學(xué)試劑A 處理的吸收峰較多，這是因?yàn)榛瘜W(xué)試劑處理對纖維有一定的損傷，加速了紫外UVA輻照PBO 纖維的老化，由于化學(xué)試劑A 有氯化銨存在，易生成多種酰胺，從而形成多而尖的吸收峰?；瘜W(xué)試劑處理后再經(jīng)紫外UVB 輻照，吸收峰平移至2 950 cm-1附近，說明纖維大分子結(jié)構(gòu)未發(fā)生斷裂，化學(xué)試劑處理對紫外UVB輻照下纖維的結(jié)構(gòu)起到了保護(hù)作用。

然而，技術(shù)僅僅是方程的一部分。企業(yè)必須將“數(shù)據(jù)分析”嵌入到由人類參與的商業(yè)決策制定過程中，這才是“數(shù)據(jù)分析”體現(xiàn)其價(jià)值的時(shí)刻。

綜上所述，紫外UVB輻照對PBO纖維結(jié)構(gòu)的破壞程度較UVA 大?；瘜W(xué)試劑處理加速了PBO 纖維在UVA 輻照下的結(jié)構(gòu)破壞，對紫外UVB 輻照下纖維結(jié)構(gòu)有一定的保護(hù)，化學(xué)試劑A的保護(hù)效果好于化學(xué)試劑B。

2.2 紫外光光照強(qiáng)度對PBO纖維的影響

2.2.1 斷裂強(qiáng)力

PBO纖維及化學(xué)試劑處理的PBO纖維經(jīng)不同光照強(qiáng)度的紫外UVB輻照不同時(shí)間后，斷裂強(qiáng)力隨時(shí)間的變化與六次多項(xiàng)式最為接近。由圖6可以看出，PBO纖維在UVB-N、UVB-A、2UVB-N、2UVB-A、3UVB-N 和3UVB-A處理下，斷裂強(qiáng)力隨光照時(shí)間的延長而下降，經(jīng)六次多項(xiàng)式擬合，擬合度分別為0.996 78、0.999 80、0.989 00、0.996 25、0.996 72 和 0.999 06。PBO 纖維在UVB-B、2UVB-B 和 3UVB-B 處理下，斷裂強(qiáng)力經(jīng)六次多項(xiàng)式擬合，擬合度分別為0.998 01、0.999 47 和0.999 40。

PBO 纖維在 UVB-N 幅照 144 h、2UVB-N 輻照 96 h 和3UVB-N 輻照48 h 條件下，斷裂強(qiáng)力開始大幅下降，纖維表層發(fā)生剝落，斷裂強(qiáng)力分別下降29.2%、29.4%和31.3%。經(jīng)化學(xué)試劑A 的處理后，在UVB-A幅照 144 h、2UVB-A 輻照 96 h 和 3UVB-A3UVB-N 輻照48 h 下，PBO 纖維斷裂強(qiáng)力分別下降1.9%、4.9%和12.3%，同等輻照時(shí)間對比，纖維強(qiáng)力下降降低，尤其是光照強(qiáng)度較低的紫外輻照對纖維強(qiáng)力幾乎無損傷，后繼續(xù)輻照使纖維表層發(fā)生剝落，芯層被刻蝕，強(qiáng)力大幅下降。輻照192 h，在UVB-N、UVB-A、2UVB-N、2UVB-A、3UVB-N 和3UVB-A 處理下，斷裂強(qiáng)力分別下降35.3%、18.9%、36.0%、25.3%、59.0%和48.7%。在UVB-B和2UVB-B處理下輻照，PBO纖維的斷裂強(qiáng)力在前120 h 分別下降0.9%和0.6%，幾乎不發(fā)生變化；120 h 后均開始大幅下降，輻照192 h 時(shí)分別下降11.9%和34.8%。在3UVB-B處理下輻照，隨輻照時(shí)間的延長，斷裂強(qiáng)力不斷減小，輻照192 h 時(shí)下降54.2%。未經(jīng)化學(xué)試劑處理的PBO纖維斷裂強(qiáng)力下降較少，但已失去服用性能。

光照強(qiáng)度越大，斷裂強(qiáng)力下降越大，下降速率越快，表層剝落越早，纖維損傷越大，纖維老化現(xiàn)象越嚴(yán)重。經(jīng)化學(xué)試劑A 處理后，纖維經(jīng)輻照，斷裂強(qiáng)力下降較少，下降速率放緩，表層剝落延遲，對PBO纖維有一定的防紫外效果?；瘜W(xué)試劑B 處理PBO 纖維能有效延緩在光照強(qiáng)度為20 和26 μW/cm2時(shí)紫外UVB 輻照下斷裂強(qiáng)力的下降。

圖6 化學(xué)試劑A/B處理的PBO纖維斷裂強(qiáng)力隨輻照時(shí)間的變化

2.2.2 表面形貌

PBO纖維及化學(xué)試劑處理的PBO纖維經(jīng)不同光照強(qiáng)度紫外UVB輻照192 h后，其表面形貌如圖7所示。

圖7 不同光照強(qiáng)度下UVB輻照PBO纖維的SEM圖

由圖7可知，經(jīng)紫外光輻照的PBO 纖維表面均變得粗糙，有細(xì)紋、溝壑形成，同時(shí)還伴隨著纖維的剝落。UVB 在光照強(qiáng)度為20 μW/cm2的條件下輻照192 h，纖維表層發(fā)生剝落，在光照強(qiáng)度為26 μW/cm2的條件下輻照，纖維表層部分剝落已經(jīng)結(jié)束，在光照強(qiáng)度為40 μW/cm2的條件下輻照，纖維縱向有很深的裂紋，纖維表層已經(jīng)剝落，芯層開裂，同時(shí)表面的孔洞說明芯層刻蝕十分嚴(yán)重。隨著光照強(qiáng)度增加，PBO-A和PBO-B 纖維表面的細(xì)紋增多，并漸漸形成溝壑，表面刻蝕程度比PBO-N低，說明化學(xué)試劑處理能保護(hù)纖維，減少纖維表面的刻蝕，改善纖維的紫外老化現(xiàn)象。

2.2.3 紅外光譜

PBO 原纖及經(jīng)化學(xué)試劑處理的PBO 纖維在不同光照強(qiáng)度的紫外UVB輻照192 h后的紅外光譜圖如圖8所示。由圖8可知，未經(jīng)化學(xué)試劑處理的PBO纖維在紫外UVB 不同光照強(qiáng)度輻照下均在2 850、2 925 cm-1處出現(xiàn)較為明顯的雙吸收峰，為亞甲基吸收峰，而原纖上兩處吸收峰非常弱，幾乎看不出來，亞甲基的產(chǎn)生和增多說明纖維內(nèi)部發(fā)生斷裂，在—CH—鏈斷裂處產(chǎn)生了亞甲基，光照強(qiáng)度越強(qiáng)，振動吸收越劇烈，纖維結(jié)構(gòu)被破壞得越嚴(yán)重。紫外光輻照后均在1 745 cm-1處產(chǎn)生新的酯羰基吸收峰，說明口惡唑環(huán)發(fā)生了開環(huán)反應(yīng)，分子降解形成了酯羰基，光照強(qiáng)度越強(qiáng)，振動吸收越劇烈，說明產(chǎn)生的酯羰基越多，即光照強(qiáng)度越強(qiáng)，開環(huán)反應(yīng)越劇烈。PBO 原纖在3 000～3 100 cm-1處有吸收峰，經(jīng)3 種光照強(qiáng)度的UVB 輻照后，PBO 纖維峰值減弱，且在此處形成兩個(gè)強(qiáng)度大致相等的雙吸收峰，這是伯酰胺締合后形成的，伯酰胺的形成說明纖維大分子結(jié)構(gòu)已發(fā)生斷裂，口惡唑環(huán)開環(huán)，形成了游離的伯酰胺結(jié)構(gòu)。紫外UVB直接破壞了纖維分子鏈，光照強(qiáng)度越強(qiáng)，纖維結(jié)構(gòu)的破壞程度越大。

圖8 不同光照強(qiáng)度下的紅外光譜圖

化學(xué)試劑處理的PBO纖維在紫外UVB輻照下，在3 200～3 500 cm-1處形成—OH 寬峰，說明纖維結(jié)構(gòu)發(fā)生斷裂，且與水中的H 形成氫鍵及OH 寬峰。在20 μW/cm2紫外 UVB 的輻照下，3 000～3 200 cm-1處無吸收峰產(chǎn)生，說明纖維大分子結(jié)構(gòu)并沒有發(fā)生斷裂；在26和40 μW/cm2紫外UVB的輻照下，有雙吸收峰產(chǎn)生，說明纖維大分子結(jié)構(gòu)發(fā)生斷裂；同時(shí)，光照強(qiáng)度越強(qiáng)，纖維各峰的振動幅度越大，纖維結(jié)構(gòu)的破壞程度越大。說明化學(xué)試劑A和化學(xué)試劑B處理使纖維結(jié)構(gòu)發(fā)生了輕微斷裂，但在一定程度上保護(hù)了經(jīng)UVB輻照后的纖維結(jié)構(gòu)。

紫外線是高能量光子束，光子的能量與波長成反比，吸收一個(gè)光子的能量就有可能發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，從而將有機(jī)體中的C—N鍵切斷。PBO纖維結(jié)構(gòu)中存在C—N 雙鍵，因此其口惡唑環(huán)容易在紫外光照射下發(fā)生開環(huán)、斷裂，從而導(dǎo)致斷裂強(qiáng)力下降等一系列老化現(xiàn)象的出現(xiàn)。經(jīng)紡絲形成的PBO 纖維還有少量的水和酸殘存于結(jié)構(gòu)內(nèi)部，一旦內(nèi)部的水和酸與外界接觸，纖維老化現(xiàn)象便會加速[24-26]。

2.3 熱重分析

由圖9可知，在450 ℃以下，纖維有一定的吸熱，質(zhì)量有一定的降低，可能是由于纖維表面附著的一些雜質(zhì)和小分子顆粒脫落，水分揮發(fā)；在450～650 ℃時(shí)，纖維質(zhì)量變化較小。在650 ℃以下纖維熱損失非常緩慢，說明PBO 纖維具有優(yōu)異的熱學(xué)性能。PBO 原纖、UVA-N、UVA-A、UVA-B、UVB-N、UVB-A、UVB-B輻照的PBO纖維質(zhì)量分別在650、624、623、619、601、600和606 ℃左右開始下降，熱失重速率分別在750、737、736、739、736、731和725 ℃左右達(dá)最大。纖維質(zhì)量開始減小時(shí)，纖維處于放熱狀態(tài)，且在800 ℃以后質(zhì)量均不再下降。此外，纖維的殘余量大致相等，說明纖維經(jīng)化學(xué)試劑處理后依然保持了良好的熱學(xué)性能。

圖9 不同波段紫外光輻照后纖維的TG/DTA曲線

由圖10可知，在450 ℃以下，纖維有一定的吸熱，纖維質(zhì)量有一定的降低，可能是由于纖維表面附著的一些雜質(zhì)和小分子顆粒脫落、水分揮發(fā)；在450～650 ℃時(shí)，纖維質(zhì)量變化較小。在650 ℃以下纖維熱損失非常緩慢，說明PBO 纖維具有優(yōu)異的熱學(xué)性能。PBO 原纖、UVB-N、2UVB-N 和 3UVB-N 輻照的 PBO纖維質(zhì)量分別在650、601、600、593 ℃時(shí)開始降低，失重速率分別在750、736、736和735 ℃左右達(dá)最大。紫外UVB的光照強(qiáng)度越強(qiáng)，纖維質(zhì)量開始降低的溫度越低。纖維開始熱分解時(shí)，纖維處于放熱狀態(tài)，且800 ℃以后質(zhì)量均不再下降。從纖維的殘余量來看，經(jīng)高光照強(qiáng)度UVB 輻照的PBO 纖維熱失重最大，達(dá)45%，說明較高的光照強(qiáng)度對纖維結(jié)構(gòu)有較大的損傷，纖維的熱學(xué)性能降低。

圖10 不同光照強(qiáng)度紫外光輻照PBO纖維的TG/DTA曲線

3 結(jié)論

（1）隨著紫外光輻照時(shí)間的延長，PBO 纖維斷裂強(qiáng)力不斷減小，纖維表層發(fā)生刻蝕，PBO 的口惡唑環(huán)發(fā)生開環(huán)，大分子鏈發(fā)生斷裂，纖維表層剝落，纖維損傷嚴(yán)重，直至纖維老化失效。

（2）經(jīng)不同波段紫外UVA和UVB輻照后，纖維的各項(xiàng)性能均有所降低，其中紫外UVB輻照對纖維的結(jié)構(gòu)和性能損傷較大。隨著UVB輻照時(shí)間的延長，PBO纖維表層發(fā)生剝落，口惡唑環(huán)大量開環(huán)；UVA 輻照PBO纖維表層幾乎無剝落，少量口惡唑環(huán)開環(huán)，纖維損傷較小?；瘜W(xué)試劑處理后的PBO纖維經(jīng)UVB輻照，纖維損傷降低，表層剝落延緩，結(jié)晶度增加，纖維老化延緩；經(jīng)UVA輻照，纖維損傷加劇，纖維表層剝落增加，結(jié)晶度降低，纖維老化現(xiàn)象加重。

（3）不同光照強(qiáng)度紫外UVB 輻照下，光照強(qiáng)度越大，PBO 纖維的斷裂強(qiáng)力下降越大，纖維表面刻痕加深，產(chǎn)生凹槽，纖維表層剝落越多，纖維損傷越大。經(jīng)化學(xué)試劑處理的PBO 纖維經(jīng)紫外輻照后，老化現(xiàn)象有所減緩，強(qiáng)力損傷程度有所降低，說明化學(xué)試劑能有效緩解纖維的老化，提升纖維的防紫外效果。

（4）PBO纖維經(jīng)化學(xué)試劑處理和紫外光輻照后熱學(xué)性能變化不大，仍保持了良好的熱學(xué)性能。