1. Utvecklingshistoria
PBO uppfanns av flygvapenforskare inom aerodynamikutveckling. För det första äger Stanford University Research Institute (SRI) i USA det grundläggande patentet på polybensoazol. Senare fick Dow Chemical Company i USA tillstånd att utveckla PBO på industriell basis, samtidigt som den ursprungliga monomersyntesmetoden förbättrades. Den nya processen producerar nästan inga isomerbiprodukter, vilket förbättrar utbytet av syntetisk monomer och lägger grunden för industrialisering. År 1990 köpte Toyo Textile Company i Japan PBO-patenttekniken från Dow Chemical Company i USA. 1991 utvecklades PBO-fibern av Do-i-Badish Chemical Fiber Company på utrustning från Toyo Textile Company i Japan, vilket kraftigt ökade PBO-fiberns styrka och modul och nådde dubbelt så mycket som PPTA-fiber. 1994, Japan' s Toyo spinning företag att få ett dåligt Xu kemiska fiber företag' s tillstånd, en enorm mängd av 3 miljarder yen byggt 400 ton / år PBO monomer och 180 ton / år spinning produktionslinje, och under våren 1995 började sätta in en del av den mekaniserade produktionen, 1998 produktionskapacitet nådde 200 ton / år, produktnamnet Zylon. Enligt Toyo Tex&# 39: s utvecklingsplan för Zylon kommer produktionskapaciteten att nå 380 ton / år 2000, 500 ton / år 2003 och 1 000 ton / år 2008. Toyo Tex är fortfarande det enda företaget i världen som kan producera PBO-fiber kommersiellt.
2. Utvecklingsutsikter för PBO-fiber
Under senare år har högpresterande fiberkompositförstärkta material använts i höga byggnader, stora broar, havsteknik och andra byggfält i Europa, Amerika, Japan och andra utvecklade länder och regioner. Fiberduken impregnerad med epoxiharts klistras på betongytan, vilket avsevärt kan förbättra den ursprungliga strukturens bärförmåga och jordbävningsmotstånd. Dessutom, när det gäller brokonstruktion, kan ståltrådskabel inte användas för långa broar på grund av sin egenvikt, och kabeln med låg vikt och hög hållfasthet är det bästa valet. Jämfört med kabeln med hög hållfasthet och god dimensionstabilitet är kabeln tillverkad av PBO-fiber det bästa valet.
PBO-fiber ersätter gradvis det traditionella asbestmaterialet inom värmebeständiga material, och det undersöker också användningen av PBO-fiber inom applikationsområdet under 350 ℃ för att ersätta de flamskyddsfibrerna, såsom aromatisk polyamid. Vid applicering över 350 ℃ kan oorganiska fibrer som rostfritt stål eller keramisk fiber bytas ut. Oorganisk fiber är hård och produkten är benägen för ärr, vilket påverkar dess prestanda. PBO-fiber är emellertid helt möjligt att övervinna bristen på oorganisk fiber. Tidigare var den termiska motståndskraften hos organiska fibrer inte tillräcklig (mestadels under 400 ℃), vilket begränsade användningen och utvecklingen av organiska fibrer. Sönderfallstemperaturen för PBO-fibrer nådde emellertid 650 ℃, vilket var den högsta bland alla organiska fibrer. Därför är det helt möjligt att ersätta PB0-fiber med PB0-fiber för applicering av organisk fiber över 350 ℃, och appliceringen av PB0-fiber som värmebeständigt material kan utvidgas och utvecklas.
Utländska studier visar att det finns många applikationer för PBO-fiber inom andra områden, såsom elektriska isoleringsmaterial, satellitutforskning, lätta material, fordonsindustrin och djuphavsutveckling av oljefält. PBO-fiber som höghastighetståg kan inte bara minska karossens vikt utan också öka karossens styrka. Alla typer av korrosionsbeständiga skyddskläder kan tillverkas genom att använda PBO-fiber för att motstå kemisk korrosion. För att minska den begränsade bördan i rymden är PBO-fiber lämplig för tillverkning av knappar och bälten som används i rymden. Det kan också användas som ett värmebeständigt ballongmaterial i rymdmiljöer som sträcker sig från -10 ° C till en yttemperatur på 460 ° C.I aspekten av sportkonkurrenskraftigt roddsegel är det huvudsakligen tillverkat av arkmaterial av hög styrka och fiber med hög modul. För att få duken att ha den minsta deformationsgraden när den blåses av vinden är det nödvändigt att söka efter PBO-fibern med högsta modul för att få rodden att segla. På grund av dess utmärkta mekaniska egenskaper är PBO-fiber också det bästa materialet för att tillverka golfklubbar, tennisracketar, skidstavar, skidor, surfbrädor, bågskytte och cykelracingbilar.
Forskning och utveckling och industrialisering av PBO-fibernyckelteknologier gör det möjligt för Kina' s PBO-fiber att bli av med dilemmaet att vara föremål för monopol och kontroll av utländsk teknik under lång tid och gå ut på en väg av oberoende innovation, ljusa möjligheter och bred tillämpning av PBO-fiberlokalisering och storskalig utveckling. Det är till hjälp för utveckling, tillämpning och hållbar utveckling av högpresterande PBO-material i Kina&# 39: s rymd-, nationella försvar och civila industri.
3, fiberprestanda
Enligt Toyo Tex är styrkan hos dess avancerade PBO-fiber 5,8GPa (den tyska rapporten är 5,2GPa) och modulen är 180GPa, vilket är den högsta bland de befintliga kemiska fibrerna. Värmebeständighetstemperatur upp till 600 ℃, begränsa syreindex 68, i lågan brinner inte, krymper inte, värmebeständighet och brandfarlighet är högre än någon annan organisk fiber. Används främst i värmebeständiga industriella textilier och fiberförstärkta material.
Prestandajämförelse mellan PBO och andra högpresterande fibrer:
Det framgår av tabellen att styrkan, modulen, värmebeständigheten och flambeständigheten hos PBO-fiber, särskilt styrkan hos PBO-fiber inte bara överstiger den för stålfiber utan också överstiger den hos kolfiber. Dessutom har PBO-fiber utmärkt slaghållfasthet, friktionsmotstånd och dimensionell stabilitet, och är lätt och mjukt, vilket gör det till ett idealiskt textilmaterial.
Som en superpresterande fiber under 2000-talet har PBO utmärkta fysikaliska och mekaniska egenskaper och kemiska egenskaper. Dess styrka och modul är dubbelt så stor som för KEVLAR (Kevlar) fiber, och den har också egenskaperna för värmebeständighet och flamskydd av interdimensionell aramidfiber, och dess fysikaliska och kemiska egenskaper är helt bättre än för KEVLAR, som är ledande position inom högpresterande fiber hittills. Ett PBO-filament med en diameter på 1 mm kan lyfta upp till 450 kg och är mer än 10 gånger starkare än stålfiber.
4. Ytmodifiering av PBO-fiber
TIFSS mellan PBO-fiber och hartsmatris ökas, men för mycket kopplingsmedel leder till för tjockt tvärbindningsskikt av kopplingsmedel, vilket istället minskar TIFSS. Plasmaetsningseffekten på fiberns yta appliceras dock först på kopplingsmedlet, vilket gör att kopplingsmedlet bildar ett ympat tvärbindningsskikt. Detta kopplingsmedellager kan skydda fibern i viss utsträckning, så PBO-fiberns σ minskar inte mycket.
Enligt analysen är de tekniska förhållandena för kombinationen av kopplingsmedel och plasmamodifiering följande: innehållet i A-187 kopplingsmedel är 2%, behandlingstiden för lågtemperatur argonplasma är 2 min, trycket är 5opA , effekten är 30W. Bland de valda kopplingsmedlen hade A-187 den bästa effekten på att förbättra IFSS mellan PBO-fiberutveckling och epoxiharts, och det optimala innehållet i kopplingsmedel var 2%.
(1) När A-187-innehållet var 2% och plasmabehandlingsförhållandena vid låg temperatur var 2 min, 30 W och 50 Pa, var ΓIFSS av den modifierade PBO-fibern så hög som Lo. 44MPa, som var 52% högre än för den modifierade PAIFSS med endast A-187 och 78% högre än för den ursprungliga PAIFSS med A-187. Vätbarheten hos PBO-fibrer förbättrades också kraftigt.
(2) Minskningen av ΓIFSS av PBO-fiber modifierad av argonplasmakopplingsmedel är inte uppenbar med tiden. Ökningen av kontaktvinkel är inte uppenbar, och dess förändring tenderar att vara stabil, med en liten nedåtgående trend. Dämpningseffekten av PBO-fiber modifierad med argon-plasmakopplingsmedel med låg temperatur är inte uppenbar.
5, förberedelse
PBO framställs genom lösningskondensering av 4,6-diaminofenolhydroklorid (diaminofenolhydroklorid) och tereftalsyra med polyfosforsyra (PPA) som lösningsmedel och kan också kondenseras genom uttorkning av P2O5. PPA är både ett lösningsmedel och en polykondenseringskatalysator.
Syntesen av monomer diamino-resorcinol utvecklades framgångsrikt av Dow Chemical Company i USA med triklorbensen som utgångsmaterial för att syntetisera. På detta sätt kommer inte isomeren att genereras i syntesprocessen och utbytet är mycket högt, vilket spelar en stor roll i den industriella produktionen av PBO.
Polymer-spinnlösningen centrifugeras, tvättas och torkas med torr-våt-spinnmetod. Den spinnande lösningen är flytande kristall och den långsträckta kedjestrukturen kan bildas när den flytande kristallspinnningsmetoden används. Den inledande snurrningen (AS-filament - standardtyp) har styrkan 3,53N / Tex och den elastiska modulen 10,84N / Tex. För att förbättra modulen kan värmebehandlingen utföras vid en temperatur av cirka 600 ℃ till erhåll en kabel med hög modul (HM - typ med hög modul) med en modul på 176,4N / Tex och konstant styrka.
6, ansökan
De viktigaste egenskaperna hos PBO-fiber är bra värmebeständighet, hög hållfasthet och modul, så det används ofta.
(1) appliceringen av glödtråd, kan användas för däck, gummiband (transportbälte), gummislang och andra gummiprodukter av förstärkande material; Alla typer av plast- och betongförstärkningsmaterial; Ballistiska missiler och förstärkta komponenter av kompositmaterial; De dragande delarna av fiberoptiska kablar och den skyddande filmen av optiska kablar; Förstärkningsfiber för olika mjuka ledningar såsom elektrisk hettråd och hörlurskabel; Material med hög draghållfasthet såsom rep och kablar; Värmebeständigt filtermaterial för filtrering vid hög temperatur; Missil- och skottsäker utrustning, skottsäkra västar, skottsäkra hjälmar och högpresterande navigeringskläder; Sportutrustning som tennis, motorbåt och tävlingsbåt; Avancerad högtalarvibrationsplatta, nytt kommunikationsmaterial; Flyg- och rymdmaterial etc.
(2) appliceringen av hackad fiber och massa, kan användas för friktionsmaterial och tätning av packningsförstärkande fiber; Förstärkningar av olika hartser och plast etc.
(3) appliceringen av garn, kan användas för brandskyddskläder; Ugnsoveraller, svetsoveraller och andra värmebeständiga overaller som används vid bearbetning av smält metallställen; Skyddskläder, skyddshandskar och skyddsskor mot skärning; Tävlingsdräkter, riddräkter; Alla typer av sportkläder och aktiv sportutrustning; Carrace Pilot Suit; Skärutrustning etc.
(4) applicering av kort fiber, huvudsakligen används för värmebeständig kuddmatta av aluminiumsträngsprutning; Värmebeständigt filtermaterial för filtrering vid hög temperatur; Värmebälten etc.
källa: Shen Dun Sha Xian
https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA4MTY5NzMxMw==& mid = 2649436326& idx = 3& sn = 51c2495ca966be6a911db6f3edeb2153& chksm = 878e9fe8b0f916feaa49bf589b790d7563dcb53f6c9441e2bec0c8daa215113fc391834188bc& mpshare = 1& scen = 1& srcid = 0617ncecNy7HTJXOxnslqDfW& sharer_sharetime = 1623915726672& sharer_shareid = ff5f2139d31a4580928c819c5eb948df& exportkey = AWGBw6I2MALXoOK5g4I4FSI % 3D& pass_ticket = pWHQcOxNUVRqpPP % 2BHILkKfVZpve1kJr9O7Wvqi2kgPvehIORUzXUKbfnxAGgSJ2U& wx_header = 0 # rd