聚苯并咪唑(PBI)独特的刚性分子结构和苯并咪唑环本体的性能,共同赋予PBI纤维优异的性能特别是耐高温阻燃性,使其应用十分广泛,涵盖航空航天、军工国防、消防防护、交通发电、环保净化等领域。同时由于分子刚性大、分子间氢键作用强,且聚合物分子链上缺少侧基团,导致PBI纤维抗压缩性和复合粘结性差等缺陷。本课题采用低温等离子体对PBI纤维进行改性处理,研究纤维表面性能变化,有效改善纤维表面性能。首先,采用单因素法分析低温等离子体处理中放电功率、放电时间、放电压强的改变对PBI纤维断裂强度和摩擦因数的影响,选取合适的水平。利用正交实验(L934)和极差法分析出各项指标(断裂强度、静动摩擦因数、芯吸高度、接触角)的优化方案,再综合推出较优化方案:放电功率125W、放电时间210s和放电压强25Pa。然后利用电子扫描显微镜、X射线光电子能谱、傅里叶红外光谱、热重差热综合热分析仪、密度仪等仪器分别对不同四种(未、较优化、轻微、较重)改性的PBI纤维进行各项性能分析对比,发现随着改性条件的加剧,纤维表面形貌变化依次为光滑、“霜花”似的小层片、霜花似的小层片+鼓泡凸起的皮层、“瘤状物”,表面的C和N元素含量减少,O元素含量增加,羧基含量提高,浸润性进一步增强。同时,改性前后的PBI纤维的热学性能没有发生变化,纤维密度也没有发生明显改变。经过低温等离子改性后,PBI纤维与其他材质间的粘着性得到明显改善,利用PBI纤维-环氧树脂间的剪切强度、PBI纤维-聚四氟乙烯间的剥离强力和剥离功三项指标来表征纤维粘着性的变化。在优化组合方案A1B3C3(放电功率125W、放电时间210s和放电压强25Pa)的条件下,纤维界面剪切强度、剥离强力和剥离功分别达到19.51MPa、39.62c N和394.08μJ,比纤维原样提高了111.4%、109.3%和71.4%。利用SPSS统计软件分析得出:PBI纤维表面静、动摩擦因数与剪切强度、剥离强力和剥离功之间存在相关性,且PBI纤维表面静、动摩擦因数与粘着性多元优化拟合函数为xy??133.6761.49,相关系数R为0.899,相关性较好,较贴切的反映PBI纤维表面静、动摩擦因数与粘着性之间的相关性。改性后的PBI纤维改性效果存在时效性,为探究改性后PBI纤维时效性的变化趋势和放置环境因素(温度、介质和光线)对其时效性的影响,采用其芯吸高度和接触角的改变表征改性后PBI纤维时效性的变化。研究结果表明:经过低温等离子体改性后的PBI纤维时效性明显,随着放置时间的延长,改性效果逐渐消失,且改性后的试样放置在低温、湿度较高和光线较暗的条件下,有利于保存改性效果,抑制时效性。