PBO纤维的合成及其微观结构

李霞，黄玉东*，矫灵艳 (哈尔滨工业大学应用化学系，哈尔滨 150001)

摘要：聚对苯撑苯并双锚唑(PB0)纤维是一种高强度、高模量、高热稳定性、高耐化学腐蚀性的新型纤维。着重介绍了PBO纤维的合成工艺、纺丝工艺；并对PBO的微观结构形态和表征方法进行了综合评述。 关键词：PBO纤维；制备；微观结构；表征方法        聚对苯撑苯并双鎓唑Poly(p—phenylene-2，6-benzoxazole)最初是由美国空军材料实验室于上个世纪70年代作为一种耐高温性能的材料进行开发的，但是一直受到合成工艺的限制，不能合成大分子量的PBO聚合物，其优越的性能也难以体现出来。直到80年代中期，由DOW化学公司开发出了一种新的单体合成、聚合及纺丝技术，1991年又与东洋纺织公司开始联合研究开发PBO纤维，并于1995年，由东洋纺织公司在DOW化学公司的专利许可下开始了试生产，1998年10月开始商业化生产，注册商标为Zylon。近几年推出的AS高强型纤维，其拉伸强度为5.8GPa，拉伸模量为 180GPa；在AS型拉伸强度不变的基础上，对纤维进行热处理得到HM高模量型纤维，其拉伸模量提高到了280GPa；Kitagawa等[1]开发的HM+超高模量纤维，其拉伸模量达到了360GPa，使得PBO纤维在性能上又得到了进一步的提高。不同的科研工作者用不同的方法计算出PBO的理论模量是不同的，David[2]计算得511GPa，Tashiro[3]计算为460GPa，Adams等[4]用AMl计算出的孤立分子的理论拉伸模量值为730GPa。         在性能上，PBO纤维的强度及弹性模量约为对位芳纶纤维的2倍，现有的商业PBO纤维的模量超过了钢材，作为直链高分子，被认为具有极限弹性模量；PBO纤维从室温加热到400℃，其抗张模量仅从230Gpa线性的下降到190GPa；PBO有异常高的抗点燃性，其极限氧指数(LOI)为68，在有机纤维之中表现出最高值，在燃烧中，热释放速率低，产生一氧化碳、氰化氢等有毒气体的非常少[5]。其分子链的刚直性使得热分解温度比对位芳纶约高出100℃，500℃热处理60s后纤维的强度是原有强度的90％，这种纤维有望取代石棉[6]；PBO的热膨胀系数仅为-3.0×10-6～6.4× 10-6。PBO耐化学腐蚀性良好，除强酸外不溶于任何有机溶剂。        由于这些优异的性能，PBO自问世以来就被认为是航空航天先进结构复合材料中的新一代超级纤维[7,8]。本文基于大量文献对PBO的合成、结构以及表征方法作了较详细的概述。

论文来源：高分子通报，2004，72（4),102-107