高温对几种有机高性能纤维力学性能及结构的影响

摘要

轻质高强、温度适应范围广的有机高性能纤维常应用于高温过滤、国防军事、特殊防护、航空航天等领域。为探究几种有机高性能纤维的耐热性能及结构变化,采用扫描电子显微镜、热重分析仪、傅里叶红外光谱仪研究了聚酰亚胺纤维(PI)、聚芳酯纤维(PAR)Vectran■、聚芳酯纤维(PAR)Yokolar■和芳纶Ⅲ纤维在200℃~350℃高温下处理一定时间后的表面形貌、拉伸性能、化学结构变化。结果表明:PI、Vectran?、Yokolar■和芳纶Ⅲ单纤维拉伸断裂应力分别为3.3 GPa、4.0 GPa、3.9 GPa和5.0 GPa,经过200℃~350℃高温条件长时间处理后,PI纤维表面无明显缺陷,其余三种纤维沟槽、颗粒等缺陷结构增多;PI纤维的红外光谱图特征峰没有特别明显的变化,相应官能团未被高温完全破坏,其他三种纤维红外光谱图中特征峰强度有不同程度减弱或消失,有化学键发生断裂;耐热性能PI>芳纶Ⅲ>Vectran■>Yokolar■,质量损失5%时对应的温度分别为529℃、506℃、472℃和445℃;分子链的断裂和表面缺陷增多是纤维力学性能下降的关键影响因素。