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PBO(聚对苯基苯并二噁唑poly(p-phenylene-2,6-benzobisoxazole))纤维是近年来出现的一种高强度、高模量、低密度的有机纤维,同时具有优异的热稳定性和阻燃性能,在航空航天、防弹防火、体育用品等领域具有广泛的应用前景,被誉为21世纪的超级纤维。 这种新型纤维在国内的研究尚处于起步阶段,对其各方面的性能和数据还缺乏必要的了解。为了满足复合材料可靠性设计对增强材料统计断裂特性的要求,从PBO复合材料的使用环境条件出发,本文对经不同温度热处理和紫外光照射的不同时间的PBO纤维单丝作了较为完整和系统的研究,得出了一些有参考价值的数据,为今后的PBO纤维复合材料设计提供理论及试验依据。 PBO纤维单丝的研究以Weibull分布和最弱连接理论为基础,研究了1cm、3cm、5cm和10cm长的PBO纤维单丝经过在空气氛围中250℃和300℃下热处理不同时间后的统计平均强度及强度分布,并用Kolmogorov检验其Weibull分布的正确性。指出了热处理后PBO纤维的统计强度随长度的变化情况,得出外推方程预报单丝强度,研究发现热处理后PBO纤维的统计强度随着纤维的增长而减小,而且发现3～4cm是纤维的临界长度,纤维长度大于此临界长度后,纤维长度对统计强度的影响变得不明显;还发现随热处理时间的延长,PBO纤维的统计强度不断下降,但仍符合Weibull分布。 对3cm长的PBO纤维分别在空气氛围中350℃下进行热处理和常温下进行紫外光照射处理不同时间,观察其统计强度和分散性的变化,研究发现热处理时间越长、热处理温度越高、紫外光辐照时间越长,PBO纤维性能退化越明显,发现在350℃下分别热处理6h、10h、14h、19h和25h后,强度保持率分别为90.89%、85.49%、78.58%、69.81%和60.71%;PBO纤维在紫外光分别辐照1h、6.5h、11h和18h后,纤维的强度保持率分别为98.65%、96.46%、90.39%和86.17%,这些结果说明PBO纤维具有优异的耐热特性和一定的耐紫外光辐照特性。 通过扫描电子显微镜观察热处理过和紫外光辐射后PBO纤维的表面状态,发现处理后的纤维表面不再保持光滑,而是因为纤维表面被氧化导致出现了沟槽和小缺陷,还有存在原纤从纤维主体上开裂和剥离的现象,这些是纤维统计平均强度的降低和纤维强度分布变化的主要原因。