九五9国防预研究基畲资助项目19.33°。

　　日本东洋纺织公司所开发的PBO纤维具有优良的力学性能，同时其耐热性和阻燃性也非常优良，它作为有机纤维中高特性的新一代超级纤维，己引起了人们的极大关注。据介绍，PBO（聚对亚苯基苯并双P8唑）是含杂环的苯氮聚合物的一种，它是采用二氨基间苯二酚和对苯二甲酸在多磷酸中聚合、采用空气间隙-湿法纺丝法进行纺丝而制得的。PBO纤维的强度、弹性模量约为对位芳纶纤维Kevlar*49的2倍，尤其是弹性模量，PBO作为直链高分子，具有极限弹性模量。所以，PBO纤维在光纤张力构件、耐力构件和航空航天方面的应用正在不断研究开发。了解和测试PBO纤维的基本物理性能，如耐热性、力学性能和它与树脂基体形成的复合材料的力学性能，具有重要的意义。本文介绍了对PBO纤维性能的实验测试结果，探讨了PBO纤维与环氧树脂复合的一些问题，并与其他有机纤维进行了对比。

　　1实验11原材料（AS）纤维、F*12（2A）芳纶纤维、Kevlar*49芳纶纤维和RX2环氧树脂。

　　12实验方法及设备纤维的复丝拉伸性能按GJB验机上进行测定；密度、线密度按GJB―348*87附录B“芳纶纤维密度、线密度检验方法”测定；单丝直径米用Neophot―2型金相显微镜测定；热质量损失在美国Perldn-Elmer公司的PE3700差热失重分析仪上按10*C/min的升温速率进行测定；单向NOL环复合材料拉伸性能按GB1458― 88*纤维缠绕强环试样试验方法“测定，剪切强度按GB1461机厂的WJ―10型机械万能材料试验机上测定。

　　2结果与讨论21PBO纤维的拉伸性能在宇航应用方面，特别是为减轻发射航天器的消极质量、提高航天器的有效射程等，需要材料的高比强度和高比模量，可见材料的拉伸性能及密度是宇航用新材料必须首先考虑的重要因素之一。PBO纤维的拉伸性能在DSS*10T*S电子万能材料试验机上测定，此外为了相互比较，在分析PBO纤维的同时，也分析测试了现有宇航用的Kevlar―49纤维和F PBO纤维与Kevlar*49纤维和F*12芳纶纤维的密度、比强度和比模量比较。

　　表1纤居的复丝性能比较拉伸强度拉伸模量断裂伸长率虽然同为刚性分子的超级高性能纤维，然而它们的拉伸强度相差很大。这与它们的分子结构密切相关，Kevlar-49纤维为简单的对位型芳酰胺结构（PPTA），其拉伸强度在这三者中*低，仅为3400~3600 MPa；F*12（2A）纤维中不仅具有Kevlar*49的刚性定向PPTA，同时还含有相当部分的非晶态聚对酰胺苯并咪唑0TABH）结构，这种非晶态可通过氢键立体交联，对纤维性能具有一定的影响，从而表现在F―12具有较好的拉伸性能和轴向压缩性能3，其拉伸强度为4 100~4500MPa.PBO纤维是含杂环的苯氮聚合物的一种，经液晶的空气间隙-湿法纺丝方式而制得，它的高拉伸性能就来自于苯环和苯并P*唑环共平面构象的刚棒状分子结构，以及分子链在液晶态纺丝时形成的高取向的有序结构。PBO纤维的拉伸性能经实测为5300~5500MPa比F*12和Kevlar* 49要分别高244%和52.8%以上。由于PBO纤维中氮含量较高，造成其纤维密度P要比F*12和Kevlar*49纤维的稍高些，约为1. 556g/cm3，其比强度和比模量在这3种纤维中*大，达到354. 13km和1095.17X104m.可见，PBO纤维在航空航天等领域内有望成为新一代强材料。

　　表2纤居的密度、比强度、比模量比较比强km比模量/ 2.2纤维的基本物理性质纤维的单丝直径d、线密度P股纱根数n和水分质量分数w（H2O）是纤维股纱*基本的物理性能。本文根据相关标准实测了PBO、F―12和Kevlar一49三种纤维的这些基本性能，测试结果见表3.从表3看，PBO纤维的单丝直径和水分质量分数介于F*12和Kevlar*49之间，相差不大，而它们的股纱纤度（线密度）和股纱根数差别较大，这与表3纤居的部分物理性能PBO纤维生产厂家的纺丝设备有关。为了满足纺丝工艺需要，一般需加入极少量的表面浸润剂和集束剂，这些极少量的纺丝剂就会吸附在股纱表面，形成纤维的原始表面状态，影响纤维与树脂的界面浸润性和粘结性。为了弄清纤维表面吸附物的含量，本文同时将测量数据见表4.表4纤居表面萃取物质量分数比较PBO纤维F-12纤维从表4的萃取物含量来看，3种纤维的基本接近。将萃取过后的PBO纤维和未萃取的PBO纤维各自进行热质量损失分析（N2气氛）结果见。

　　从图中可知，这2种纤维在220*C~430*C间的质量损失曲线不一样，未萃取的PBO纤维比用丙酮萃取过后的PBO纤维质量损失约多1.81%，而在其他温度范围内两曲线基本上重合。可见，由质量损失分析所得到的PBO纤维表面吸附物含量与丙酮萃取所得到的萃取物含量数据吻合，这说明萃取方法还是较科学的，且由质量损失曲线可知，该表面吸附物于220*C~430*C间热分角解经红外光谱分析，初步推测其含有长脂肪链和硅氧类化合物，但具体结构暂无法确定。

　　丙酮萃取前后PBO纤维的质量损失曲线2 3纤维的耐热性作为宇航工业用的材料必须具有高的耐热性，以经受一定的燃气和恶劣宇宙空间环境的考验，提高其飞行生存能力。用PE3700热分析仪测试了各纤维的耐热性能，结果见表5.从表5可看出，F质量损失温度表现出*高值774比F― 12芳纶纤维高166*C.PBO纤维在N2气氛中的残碳率也*高，达到73%左右，可用于制造新型碳纤维5.表5各种纤居的热质量损失数据比较N2空气质量损失4%时的温度/t*大质量损失速率时的温度zt*大质量损失速率时的质量损失/% 4单向复合材料的性能NOL环是一种单向纤维缠绕增强复合材料，是缠绕成型复合材料性能综合考核的*简单的环形试验件。本文采用成熟的XR2环氧树脂分别缠绕PBO纤维、F *12纤维和Kevlar*49纤维增强的单向强力环（NOL环）试件，通过强力环性能测定考核各纤维与环氧树脂的浸润性、粘结性及应力传递的能力，也可为缠绕压力容器的成型提供有价值的工艺参数和设计参数。数据见表6，表中，为纤维体积分数，t为层间剪切强度，为拉伸强度，为弯曲强度。

　　表6各纤居单向复合材料的力学性能比较PBO纤维从表6可知，由于PBO纤维股纱具有优异的拉伸性能，根据纤维增强复合材料的混合定律6，可知PBO纤维增强环氧树脂复合材料的拉伸强度和拉伸模量*高，测定值分别达到2 2%和92.8%.但是在复合材料中，纤维的表面状态对它与树脂基体的结合性能（即构成复合材料的性能）尤其是层间剪切强度影响很大。就这3种纤维而言，因PBO纤维表面的化学和结构特性的原因，导致其与环氧树脂基体的粘结强度较差，层间剪切强度仅为23~27MPa弯曲强度也很低，这与其纤维表面光滑（见）和缺少活性基团有关，这是PBO纤维增强环氧树脂复合材料的薄弱点。是PBO纤维增强环氧树脂复合材料的拉伸破坏断口，其拉伸破坏特征为皮芯“抽离和纤维撕裂。所以，致力于改善PBO纤维的表面状态及其与树脂基体之间的界面结合强度，是以后研究PBO纤维复合材料的重点方向。

　　3结论（）PBO纤维股纱和单向复合材料的拉伸性能均比F*12和Kevlar*49的高，股纱拉伸强度为244%和52.8%以上，单向纤维复合材料的拉伸强度要高约37.2%和92. 8%耐热性也高出约166 *C，其他基本物理性能相差不大。

　　（2）PBO纤维与环氧树脂基体的界面粘结性很差，层间剪切强度仅为23 ~27MPa这需要通过改善纤维的表面性能来加以解决。