未來纖維—PBO
PBO是聚對苯撐苯并雙惡唑纖維(Poly-p-phenylene benzobisthiazole)的簡稱,是20世紀80年代美國為發(fā)展航天航空事業(yè)而開發(fā)的復合材料用增強材料,是含有雜環(huán)芳香族的聚酰胺家族中最有發(fā)展前途的一個成員。
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(fā)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(yè)化生產(chǎn)起了很大的作用。
聚合物紡絲液用干-濕式紡絲法紡絲、水洗、干燥。紡絲液溶至液晶性,采用液晶紡絲法紡絲時能形成伸直鏈結構,初紡絲(AS絲-標準型)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)。
PBO具有十分優(yōu)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。PBO纖維的各項性能與其它纖維的比較如下:
表1 PBO與其它高性能纖維的性能比較
性能指標 | 斷裂強度 | 模量 | 斷裂伸長率 | 密度 | 回潮率 | LOI | 裂解溫度 |
纖維品種 | N/tex | GPa | % | g/cm3 | % | ℃ | |
zylon HM | 3.7 | 280 | 2.5 | 1.56 | 0.6 | 68 | 650 |
zylon AS | 3.7 | 180 | 3.5 | 1.54 | 2 | 68 | 650 |
對位芳族聚酰胺 | 1.95 | 109 | 2.4 | 1.45 | 4.5 | 29 | 550 |
同位芳族聚酰胺 | 0.47 | 17 | 22 | 1.38 | 4.5 | 29 | 400 |
鋼纖維 | 0.35 | 200 | 1.4 | 7.80 | 0 | - | - |
碳纖維 | 2.05 | 230 | 1.5 | 1.76 | - | - | - |
高模量聚酯 | 3.57 | 110 | 3.5 | 0.97 | 0 | 16.5 | 150 |
聚苯并咪唑(PBI) | 0.28 | 5.6 | 30 | 1.40 | 1.5 | 41 | 550 |
由表可見,PBO纖維的強度、模量、耐熱性和抗燃性,特別是PBO纖維的強度不僅超過鋼纖維,而且可凌駕于碳纖維之上。此外,PBO纖維的耐沖擊性、耐摩擦性和尺寸穩(wěn)定性均很優(yōu)異,并且質(zhì)輕而柔軟,是極其理想的紡織原料。
PBO纖維的優(yōu)異性能決定了它的應用領域十分廣闊:
(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;彈道導彈和復合材料的增強組分;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(wǎng)球、快艇、賽艇等體育器材;高級擴音器振動板、新型通訊用材料;航空航天用材料等。
(2)短切纖維和和漿粕的應用,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(xiàn)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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