PBO纖維

PBO纖維

複合型增強材料
pbo纖維是由美國空軍空氣動力學開發研究人員發明的,首先由美國斯坦福(Stanford)大學研究所(SRI)擁有聚苯并唑的基本專利,以後美國陶氏(DOW)化學公司得到授權,并對PBO進行了工業性開發,同時改進了原來單體合成的方法,新工藝幾乎沒有同分異構體副産物生成,提高了合成單體的收率,打下了産業化的基礎。[1]
    中文名:PBO纖維 外文名: 所屬品牌: 英文名:Poly-p-phenylene benzobisoxazole 時間:20世紀80年 用途:發展航天航空事業

發展曆史

1990年日本東洋紡公司從美國道化學公司購買了PBO專利技術。1991年由道一巴迪許化纖公司在日本東洋紡公司的設備上開發出PBO纖維,使PBO纖維的強度和模量大幅度上升,達到PPTA纖維的兩倍。1994年,日本東洋紡公司得到道一巴迪許化纖公司的準許,出巨資30億日元建成了400噸/年PBO單體和180噸/年紡絲生産線,并于1995年春開始投入部分機械化生産,1998年的生産能力達到200噸/年,商品名為Zylon。

根據東洋紡對Zylon的發展計劃,2000年的生産能力将達到380噸/年,2003年達到500噸/年,2008年達到1000噸/年。現在日本東洋紡仍然是世界上唯一一家可以進行商業化生産PBO纖維的公司。

纖維性能

據東洋紡報道,其高端PBO纖維産品的強度為5.8GPa(德國有報道為5.2GPa),模量180GPa,在現有的化學纖維中最高;耐熱溫度達到600℃,極限氧指數68,在火焰中不燃燒、不收縮,耐熱性和難燃性高于其它任何一種有機纖維。主要用于耐熱産業紡織品和纖維增強材料。

PBO纖維的強度、模量、耐熱性和抗燃性,特别是PBO纖維的強度不僅超過鋼纖維,而且可淩駕于碳纖維之上。此外,PBO纖維的耐沖擊性、耐摩擦性和尺寸穩定性均很優異,并且質輕而柔軟,是極其理想的紡織原料。

PBO作為21世紀超性能纖維,具有十分優異的物理機械性能和化學性能,其強力、模量為Kevlar(凱夫拉)纖維的2倍并兼有間位芳綸耐熱阻燃的性能,而且物理化學性能完全超過迄今在高性能纖維領域處于領先地位的Kevlar纖維。一根直徑為1毫米的PBO細絲可吊起450千克的重量,其強度是鋼絲纖維的10倍以上。

表面改性

PBO纖維和樹脂基體間TIFSS提高,但過多的偶聯劑會導緻偶聯劑交聯層過厚,反而會TIFSS降低.而等離子對纖維表面的刻蝕作用首先作用在偶聯劑上,使得偶聯劑形成接枝交聯層,該偶聯劑層對纖維能起到一定的保護作用,因此PBO纖維的σ下降的不多。

分析可知,偶聯劑與等離子結合起來改性的工藝條件是:A一187偶聯劑的含量為2%,氩氣低溫等離子處理的時間為2min,壓力為5Opa,功率為30W。

在所選擇的偶聯劑中,A一187型偶聯劑對提高PBO纖維的開發與環氧樹脂間IFSS效果最好,偶聯劑的最佳的含量2%.

(1)當A-187含量為2%,氩氣低溫等離子處理條件為2min,30W,50Pa時,改性後的PBO纖維的ΓIFSS胂高達lO.44MPa,相對于僅用偶聯劑A-187改性的ΓIFSS提高了52%,相對于原絲的ΓIFSS提高了78%。PBO纖維的浸潤性也得到了很大的改善。

(2)氩氣低溫等離子結合偶聯劑改性後的PBO纖維随着時問的推移,ΓIFSS的下降不明顯;接觸角增大的幅度也不明顯,其變化趨向于平穩,還略有下降趨勢。氩氣低溫等離子體結合偶聯劑改性的PBO纖維的衰減效應不明顯。

制備

PBO是由4,6—二氨基苯酚鹽酸鹽(二氨基間苯二酚鹽酸鹽)與對苯二甲酸以多磷酸(PPA)為溶劑進行溶液縮聚而制得,也可利用P2O5脫水進行縮聚,PPA既是溶劑,也是縮聚催化劑。

單體二氨基間苯二酚的合成,美國道化學公司開發成功以三氯苯為起始原料進行合成,這樣在合成過程中不會生成異構體,收率很高,對PBO的工業化生産起了很大的作用。

聚合物紡絲液用幹—濕式紡絲法紡絲、水洗、幹燥。紡絲液溶至液晶性,采用液晶紡絲法紡絲時能形成伸直鍊結構,初紡絲(AS絲—标準型)就具有3.53N/tex以上的強度和10.84N/tex以上的彈性模量。為了提高模量,可在約600℃的溫度中進行熱處理,得到模量達176.4N/tex而強度保持不變的高模量絲(HM絲—高模量型)。

應用

PBO纖維的主要特點是耐熱性好、強度和模量高,故應用廣泛。

(1)長絲的應用,可用于輪胎、膠帶(運輸帶)、膠管等橡膠制品的補強材料;各種塑料和混凝土等的補強材料;彈道導彈和複合材料的增強組分;纖維光纜的受拉件和光纜的保護膜;電熱線、耳機線等各種軟線的增強纖維;繩索和纜繩等高拉力材料;高溫過濾用耐熱過濾材料;導彈和子彈的防護設備、防彈背心、防彈頭盔和高性能航行服;網球、快艇、賽艇等體育器材;高級擴音器振動闆、新型通訊用材料;航空航天用材料等。

(2)短切纖和和漿粕的應用,可用于摩擦材料和密封墊片用補強纖維;各種樹脂、塑料的增強材料等。

(3)紗線的應用,可用于消防服;爐前工作服、焊接工作服等處理熔融金屬現場用的耐熱工作服;防切傷的保護服、安全手套和安全鞋;賽車服、騎手服;各種運動服和活動性運動裝備;Carrace飛行員服;防割破裝備等。

(4)短纖維的應用,主要用于鋁材擠壓加工等用的耐熱緩沖墊氈;高溫過濾用耐熱過濾材料;熱防護皮帶等。

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