| 简介： |
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庄启昕，袁明祥，蓝荣滨，吴平平，韩哲文
（华东理工大学材料科学与工程学院 200237，上海）
PBO（聚亚苯基苯并二噁唑）是一类液晶高分子，由于其分子具有刚性棒状和芳杂环结构的特点，因而显示出高模量、高强度、高热氧稳定性以及抗燃性[1][h1]。其力学特性、热稳定性和环境稳定性高于芳香聚酰胺纤维Kevlar，因而被誉为纤维之王。
本实验室自80年代初起一直致力于PBO类系列液晶高分子的研究，并取得了很好的结果[2][h2]。本文主要论述PBO聚合物溶液的纺丝过程。并就纺丝过程中干喷气隙长度、纺丝速度以及纺丝孔孔径对纤维性能的影响做了一些研究。
1．干喷气隙长度对PBO纤维性能的影响
气隙条件是PBO干喷湿纺工艺中很重要的部分。因此，保持恒定的纺丝压力和温度下，固定纺丝孔径为0.6mm，纺丝速度为10mm/min，测定不同气隙长度对纤维性能的影响，结果见图(1)。可以看出在较低的纺丝速率和较大的纺丝直径的单丝情况下，气隙长度低于70厘米范围内，随着气隙长度的增加，纤维直径变小，强度和模量都增大。这是由于：（1）纤维冷却和取向需要一定的时间，气隙短，PBO分子来不及充分取向定型。纤维拉伸不够充分就进入凝固浴成形，导致纤维直径较大；（2）气隙长，纺程中形变大，分子取向较高；（3）气隙长，纺液长丝在空气气隙中冷却充分，成形缓慢，内外结构均匀，因而性能也较好。当气隙长度达到一定长度以后，纤维直径变化不大。这可能是因为长丝经过一定长度的气隙后，纤维表面已经基本冷却，此时不会发生太大的拉伸，所以直径变化不大。
2．纺丝速度对纤维性能得影响
在保持恒定的纺丝压力和纺丝温度下，固定纺丝孔径为0.45mm，气隙长度为68cm，在不同的纺丝速度下进行纺丝。所得结果见图(2)。纤维的直径随着纺丝速度的提高而减小。这是因为随着纺丝速度的提高，纤维拉伸比增大，纺液长丝的直径减小，所承受的形变应力大幅度的提高，纺液长丝中的聚合物大分子链取向度增加，从而进一步加速了纺液长丝的细化过程。但是当增加到一定的程度后，纤维的强度和模量随纺丝速度的增加反而稍有下降。这可能因为：当纺丝速度太快时，在空气隙中冷却的时间过短，长丝内部的温度不能及时冷却下来，而热运动是解取向，使丝内部分子的取向程度还不够高，从而导致纤维强度和模量的下降。降低力学性能。
3．纺丝孔口径对纤维直径的影响
在纺丝速度（10m/min）和气隙长度（68cm）恒定的条件下，纺丝孔孔径由0.6mm减小到0.45mm时，纤维直径有明显的减少，由60.82μm减少到35.16μm。而纤维的强度和模量都反比于直径的二次方，其强度和模量有明显的提高。所以在PBO的干喷湿纺工艺中，在工艺允许以及保证连续纺丝的前提下，要尽可能选用小孔径的纺丝孔。
参考文献：
1. Kitagawa T，Murse H，Yabuki K，Morphological Study on P-p-phenylene Polybenzobisoxazole(PBO) Fibers，J Polym Sci，Part B，Phys，1998，36:39
2. 吴平平，陆志豹，张 烯，韩哲文，功能高分子学报, 1992，5(1)，6-10
3. Shaofeng Ran，etc，Macromolecules，2002，35:433
4. 韩哲文, 陆志豹, 吴平平, 功能高分子学报, 1994, 7(3), 233-238
致谢
本工作得到国家科技部“863”计划资助，课题编号：2002AA305109 |
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