1. Udviklingshistorie
PBO blev opfundet af Air Force aerodynamikudviklingsforskere. For det første ejer Stanford University Research Institute (SRI) i USA det grundlæggende patent på polybenzoazol. Senere blev Dow Chemical Company i De Forenede Stater autoriseret til at udvikle PBO på industriel basis, samtidig med at den oprindelige monomersyntese-metode blev forbedret. Den nye proces producerer næsten ingen isomerbiprodukter, hvilket forbedrer udbyttet af syntetisk monomer og danner et fundament for industrialisering. I 1990 købte Toyo Textile Company i Japan PBO-patentteknologien fra Dow Chemical Company i USA. I 1991 blev PBO-fiberen udviklet af Do-i-Badish Chemical Fiber Company på udstyr fra Toyo Textile Company i Japan, hvilket i høj grad øgede PBO-fiberens styrke og modul og nåede det dobbelte af PPTA-fiber. I 1994, Japan' s Toyo spinding selskab for at få en dårlig Xu kemiske fiber selskab' s tilladelse, en enorm mængde på 3 milliarder yen bygget 400 tons / år PBO monomer og 180 tons / år spinning produktionslinje, og i foråret 1995 begyndte at sætte en del af den mekaniserede produktion, 1998 produktionskapacitet nåede 200 tons / år, produktnavnet Zylon. I henhold til Toyo Tex&nr. 39; s udviklingsplan for Zylon vil produktionskapaciteten nå op på 380 ton / år i 2000, 500 tons / år i 2003 og 1.000 ton / år i 2008. Toyo Tex er stadig det eneste selskab i verden, der kan producere PBO-fiber kommercielt.
2. Udviklingsudsigter for PBO-fiber
I de senere år er højtydende fiberkompositforstærkede materialer meget brugt i højhuse, store broer, havteknik og andre byggefelter i Europa, Amerika, Japan og andre udviklede lande og regioner. Fiberkluden imprægneret med epoxyharpiks indsættes på betonoverfladen, hvilket i høj grad kan forbedre bæreevnen og jordskælvsmotstanden i den oprindelige struktur. Derudover kan ståltrådkabler ikke bruges til lange broer med hensyn til brokonstruktion på grund af dets egenvægt, og kablet med let vægt og høj styrke er det bedste valg. Sammenlignet med kablet med høj styrke og god dimensionstabilitet er kablet lavet af PBO fiber det bedste valg.
PBO-fiber erstatter gradvist det traditionelle asbestmateriale inden for varmebestandige materialer, og det udforskes også brugen af PBO-fiber inden for anvendelsesområdet under 350 ℃ for at erstatte de flammehæmmende fibre, såsom aromatisk polyamid. Når det påføres over 350 ℃, kan uorganiske fibre, såsom rustfri stålfiber eller keramisk fiber, udskiftes. Uorganisk fiber er hård, og produktet er tilbøjeligt til ar, hvilket påvirker dets ydeevne. Imidlertid er PBO-fiber fuldstændig mulig at overvinde manglen på uorganisk fiber. Tidligere var den termiske modstandsdygtighed for organiske fibre ikke nok (hovedsagelig under 400 ℃), hvilket begrænsede anvendelsen og udviklingen af organiske fibre. Imidlertid nåede nedbrydningstemperaturen for PBO-fibre 650 ℃, hvilket var den højeste blandt alle organiske fibre. Derfor er det fuldstændigt muligt at erstatte PB0-fiber med PB0-fiber til påføring af organisk fiber over 350 ℃, og anvendelsen af PB0-fiber som varmebestandigt materiale kan udvides og udvikles.
Udenlandske undersøgelser viser, at der er mange anvendelser af PBO-fiber inden for andre områder, såsom elektriske isoleringsmaterialer, satellitudforskning, lette materialer, bilindustri og dybhavsfeltudvikling. PBO-fiber som en højhastighedstogkrop kan ikke kun reducere vægten af bilens krop, men øger også karosseriets styrke. Alle former for korrosionsbestandigt beskyttelsesbeklædning kan fremstilles ved hjælp af PBO-fiber til at modstå kemisk korrosion. For at reducere den begrænsede byrde i rummet er PBO-fiber velegnet til fremstilling af knapper og bælter, der bruges i rummet. Det kan også bruges som et varmebestandigt ballonmateriale i rummiljøer, der spænder fra -10 ° C til en overfladetemperatur på 460 ° C.I det aspekt af sportskonkurrencemæssigt rodsejl er det hovedsageligt lavet af arkarkmateriale lavet af styrke og fiber med højt modulus. For at få lærredet til at have den mindste deformationsgrad, når det blæses af vinden, er det nødvendigt at søge PBO-fiberen med det højeste modul for at sejle roning. På grund af dets fremragende mekaniske egenskaber er PBO-fiber også det bedste materiale til fremstilling af golfkøller, tennisracketer, skistave, ski, surfbrætter, bueskydebånd og cykelracebiler.
Forskning og udvikling og industrialisering af PBO-fibernøgleteknologier vil gøre det muligt for Kina' s PBO-fiber at slippe af med dilemmaet med at være underlagt monopol og kontrol med udenlandske teknologier i lang tid og påbegynde en vej af uafhængig innovation, lyse udsigter og bred anvendelse af PBO-fiberlokalisering og storskala udvikling. Det er nyttigt til udvikling, anvendelse og bæredygtig udvikling af højtydende PBO-materialer i Kina' s luftfarts-, nationale forsvar og civile industri.
3, fiber ydeevne
Ifølge Toyo Tex er styrken af dens high-end PBO-fiber 5,8GPa (den tyske rapport er 5,2GPa), og modulet er 180GPa, hvilket er det højeste blandt de eksisterende kemiske fibre. Varmebestandighedstemperatur op til 600 ℃, begræns iltindeks 68, i flammen brænder ikke, krymper ikke, varmebestandighed og antændelighed er højere end nogen anden organisk fiber. Bruges hovedsageligt i varmebestandige industrielle tekstiler og fiberarmerede materialer.
Ydeevnesammenligning mellem PBO og andre højtydende fibre:
Det kan ses af tabellen, at styrken, modulet, varmebestandigheden og flammebestandigheden for PBO-fiber, især styrken af PBO-fiber ikke kun overstiger den for stålfiber, men også overstiger den for kulfiber. Derudover har PBO-fiber fremragende slagfasthed, friktionsmodstand og dimensionel stabilitet, og er let og blødt, hvilket gør det til et ideelt tekstilmateriale.
Som en superpræstationsfiber i det 21. århundrede har PBO fremragende fysiske og mekaniske egenskaber og kemiske egenskaber. Dens styrke og modul er dobbelt så stor som KEVLAR (Kevlar) fiber, og den har også egenskaberne af varmebestandighed og flammehæmning af interdimensionel aramidfiber, og dens fysiske og kemiske egenskaber er helt bedre end KEVLAR, som er førende position inden for højtydende fiber indtil videre. En PBO-filament med en diameter på 1 mm kan løfte op til 450 kg og er mere end 10 gange stærkere end stålfibre.
4. Overflademodifikation af PBO-fiber
TIFSS mellem PBO-fiber og harpiksmatrix øges, men for meget koblingsmiddel vil føre til for tykt tværbindingslag af koblingsmiddel, hvilket i stedet mindsker TIFSS. Imidlertid påføres plasmaetsningseffekten på overfladen af fiberen først på koblingsmidlet, hvilket får koblingsmidlet til at danne et podet tværbindingslag. Dette koblingsmiddellag kan beskytte fiberen til en vis grad, så PBO-fiberens σ falder ikke meget.
Ifølge analysen er de teknologiske betingelser for kombinationen af koblingsmiddel og plasmamodifikation som følger: indholdet af A-187 koblingsmiddel er 2%, behandlingstiden for lavtemperatur argonplasma er 2 min, trykket er 5opA , er effekten 30W. Blandt de valgte koblingsmidler havde A-187 den bedste effekt på at forbedre IFSS mellem PBO-fiberudvikling og epoxyharpiks, og det optimale indhold af koblingsmiddel var 2%.
(1) Når A-187-indholdet var 2%, og plasmabehandlingsbetingelserne ved lav temperatur var 2 min, 30 W og 50 Pa, var ΓIFSS af den modificerede PBO-fiber så høj som Lo. 44MPa, som kun var 52% højere end den modificerede PAIFSS med A-187 og 78% højere end den oprindelige PAIFSS med A-187. Fugtbarheden af PBO-fibre blev også forbedret betydeligt.
(2) Faldet af ΓIFSS af PBO-fiber modificeret med argonplasmakoblingsmiddel er ikke indlysende med tiden. Forøgelsen af kontaktvinklen er ikke åbenbar, og dens ændring har tendens til at være stabil med en let nedadgående tendens. Dæmpningseffekten af PBO-fiber modificeret med argon-plasmakoblingsmiddel med lav temperatur er ikke indlysende.
5, forberedelse
PBO fremstilles ved opløsningskondensation af 4, 6-diaminophenolhydrochlorid (diaminophenolhydrochlorid) og terephthalsyre med polyphosphorsyre (PPA) som opløsningsmiddel og kan også kondenseres ved dehydrering af P2O5. PPA er både et opløsningsmiddel og en polykondenseringskatalysator.
Syntesen af monomer diamino-resorcinol blev med succes udviklet af Dow Chemical Company i USA med trichlorbenzen som udgangsmateriale til syntetisering. På denne måde genereres ikke isomeren under synteseprocessen, og udbyttet er meget højt, hvilket spiller en stor rolle i den industrielle produktion af PBO.
Den polymerspindende opløsning centrifugeres, vaskes og tørres ved tør-våd centrifugeringsmetode. Den spindende opløsning er flydende krystal, og den aflange kædestruktur kan dannes, når den flydende krystal-spinding anvendes. Den indledende spinding (AS-filament - standardtype) har styrken 3,53N / Tex og det elastiske modul på 10,84N / Tex. For at forbedre modulet kan varmebehandling udføres ved en temperatur på ca. 600 ℃ til få en ledning med høj modulus (HM - høj modulustype) med et modul på 176,4N / Tex og konstant styrke.
6, ansøgning
De vigtigste egenskaber ved PBO-fiber er god varmebestandighed, høj styrke og modul, så det bruges i vid udstrækning.
(1) påføring af glødetråd, kan bruges til dæk, gummibånd (transportbælte), gummislange og andre gummiprodukter af forstærkende materialer; Alle former for armeringsmaterialer af plast og beton; Ballistiske missiler og forstærkede komponenter af kompositmaterialer; Trækdele af fiberoptiske kabler og beskyttelsesfilm af optiske kabler; Forstærkningsfibre til forskellige bløde ledninger såsom elektrisk varm ledning og hovedtelefonkabel; Materialer med høj trækstyrke, såsom reb og kabler; Varmebestandige filtermaterialer til filtrering ved høj temperatur; Missil- og skudsikkert udstyr, skudsikre veste, skudsikre hjelme og højtydende navigationsbeklædning; Sportsudstyr såsom tennis, speedbåd og racerbåd; Avanceret højttaler vibrationsplade, nyt kommunikationsmateriale; Luftfartsmaterialer osv.
(2) påføring af hakket fiber og papirmasse, kan bruges til friktionsmaterialer og tætning af tætningsforstærkende fiber; Forstærkninger af forskellige harpikser og plast mv.
(3) påføring af garn, kan bruges til brandbeskyttelsestøj; Ovnoveralls, svejseoveralls og andre varmebestandige overalls, der anvendes til behandling af smeltede metalsteder; Beskyttelsesbeklædning, beskyttelseshandsker og sikkerhedssko mod nedskæringer; Racerdragter, ridedragter; Alle former for sportsbeklædning og aktivt sportsudstyr; Carrace Pilot Suit; Anti-skæreudstyr osv.
(4) anvendelse af korte fibre, der hovedsagelig bruges til varmebestandig pudemåtte til ekstrudering af aluminium; Varmebestandige filtermaterialer til filtrering ved høj temperatur; Termiske beskyttelsesbælter osv.
kilde: Shen Dun Sha Xian
https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA4MTY5NzMxMw==& mid = 2649436326& idx = 3& sn = 51c2495ca966be6a911db6f3edeb2153& chksm = 878e9fe8b0f916feaa49bf589b790d7563dcb53f6c9441e2bec0c8daa215113fc391834188bc& mpshare = 1& scene = 1& srcid = 0617ncecNy7HTJXOxnslqDfW& sharer_sharetime = 1623915726672& sharer_shareid = ff5f2139d31a4580928c819c5eb948df& exportkey = AWGBw6I2MALXoOK5g4I4FSI % 3D& pass_ticket = pWHQcOxNUVRqpPP % 2BHILkKfVZpve1kJr9O7Wvqi2kgPvehIORUzXUKbfnxAGgSJ2U& wx_header = 0 # rd