摘要: PBO纤维，即聚对苯撑苯并二噁唑纤维，具有低密度、高强度、高模量、高耐热温度、高阻燃性等优异性能，广泛应用于国防军工、航空航天等领域。但国外有关研究表明，在高温、潮湿及长时间光照的条件下，PBO纤维及其复合材料的性能下降速度较快，严重影... 展开 PBO纤维，即聚对苯撑苯并二噁唑纤维，具有低密度、高强度、高模量、高耐热温度、高阻燃性等优异性能，广泛应用于国防军工、航空航天等领域。但国外有关研究表明，在高温、潮湿及长时间光照的条件下，PBO纤维及其复合材料的性能下降速度较快，严重影响其使用寿命。通过查阅PBO纤维老化的相关资料，本文认为紫外光老化对PBO纤维在实际应用中使用寿命的影响较大。因此，本文对PBO纤维、EVA树脂及其复合材料的紫外老化性能展开了研究。将PBO纤维、EVA树脂、PBO纤维复合材料层压板紫外老化前后的试样进行力学性能、元素成分分析等测试，得出了在紫外老化下PBO纤维、EVA树脂及PBO纤维复合材料性能下降的主要因素，并对PBO纤维、EVA树脂及其复合材料的紫外老化机理进行了初步分析，建立了PBO纤维及其复合材料的紫外老化行为模型。 对PBO纤维紫外老化前后的各项性能测试发现，在紫外光的辐照下，PBO纤维的拉伸强度呈现一直下降的趋势，且下降速率随老化时间逐渐变缓。紫外光老化前，PBO纤维的拉伸强度为25.81cN/dtex，经过960h的紫外光照射后，拉伸强度下降到9.77cN/dtex，强度下降超过60%。经紫外光照射后，PBO纤维表面凸起渐渐增多，表面粗糙度增大。在紫外光的持续照射下，PBO纤维内部的化学键发生断裂，C=N键断裂，C-O键断开，噁唑环开环，生成新的单体，纤维表层逐渐分解。由此分析，PBO纤维在紫外光辐射下的老化是一个表层分解脱落的过程。皮层的损伤、分子量的下降以及纤维结晶度的下降，三者的协同作用使得PBO纤维的力学性能大幅下降。 对EVA树脂紫外老化前后的各项性能测试发现，在紫外光的辐照下，EVA树脂的拉伸强度出现小幅度下降，紫外光照射960h后，树脂强度保持率约为95%，拉伸模量显著升高，断裂伸长率出现大幅度下降。经过长时间的紫外光照射后，EVA树脂的强度保持率较高，耐紫外老化性能良好。 经过960h的紫外光照射后，PBO纤维复合材料的拉伸强度降幅约3.2%，弯曲强度、冲击强度及层间剪切强度下降10%左右，动态力学性能下降并不显著，PBO纤维复合材料层压板的抗弹性能略有下降。结合复合材料的微观结构表征可知，在紫外光的照射下，PBO纤维复合材料表面的EVA树脂会发生氧化分解，氧元素的含量升高；随着照射时间的延长，部分纤维裸露出来，在高能紫外光的辐照下纤维内部化学键发生断裂，噁唑环开环，纤维与树脂之间出现明显空隙，界面性能恶化，复合材料的界面粘接性能下降，以及PBO纤维自身拉伸性能的下降，导致整体性能下降。 通过横向和纵向比较，分析了紫外光辐照对PBO纤维、EVA树脂及复合材料层压板各项性能的影响。对PBO纤维及其复合材料的紫外光老化机理进行了初步分析后，提出了PBO纤维的有效贮藏方法并进行了试验验证。结果表明，利用黑色树脂薄膜对PBO纤维进行包覆处理可有效提高PBO纤维的使用寿命。利用二次及三次多项式拟合建立了PBO纤维、EVA树脂、PBO纤维复合材料的紫外老化行为模型。其中PBO纤维及其复合材料的拉伸强度的行为模型达到了较为理想的拟合效果，可以用于材料性能预测分析。 收起