未來纖維—PBO
PBO是聚對(duì)苯撐苯并雙惡唑纖維(Poly-p-phenylene benzobisthiazole)的簡稱,是20世紀(jì)80年代美國為發(fā)展航天航空事業(yè)而開發(fā)的復(fù)合材料用增強(qiáng)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(gè)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(duì)苯二甲酸以多磷酸(PPA)為溶劑進(jìn)行溶液縮聚而制得,也可利用P2O5脫水進(jìn)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(xué)公司開發(fā)成功以三氯苯為起始原料進(jìn)行合成,這樣在合成過程中不會(huì)生成異構(gòu)體,收率很高,對(duì)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(shí)能形成伸直鏈結(jié)構(gòu),初紡絲(AS絲-標(biāo)準(zhǔn)型)就具有3.53N/tex以上的強(qiáng)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(jìn)行熱處理,得到模量達(dá)176.4N/tex而強(qiáng)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(jī)械性能和化學(xué)性能,其強(qiáng)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(xué)性能完全超過迄今在高性能纖維領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位的Kevlar纖維。一根直徑為1毫米的PBO細(xì)絲可吊起450千克的重量,其強(qiáng)度是鋼絲纖維的10倍以上。PBO纖維的各項(xiàng)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(biāo) | 斷裂強(qiáng)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(duì)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(qiáng)度、模量、耐熱性和抗燃性,特別是PBO纖維的強(qiáng)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(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊:
(1)長絲的應(yīng)用,可用于輪胎、膠帶(運(yùn)輸帶)、膠管等橡膠制品的補(bǔ)強(qiáng)材料;各種塑料和混凝土等的補(bǔ)強(qiáng)材料;彈道導(dǎo)彈和復(fù)合材料的增強(qiáng)組分;纖維光纜的受拉件和光纜的保護(hù)膜;電熱線、耳機(jī)線等各種軟線的增強(qiáng)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(dǎo)彈和子彈的防護(hù)設(shè)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(jí)擴(kuò)音器振動(dòng)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(yīng)用,可用于摩擦材料和密封墊片用補(bǔ)強(qiáng)纖維;各種樹脂、塑料的增強(qiáng)材料等。
(3)紗線的應(yīng)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(hù)服、安全手套和安全鞋;賽車服、騎手服;各種運(yùn)動(dòng)服和活動(dòng)性運(yùn)動(dòng)裝備;Carrace飛行員服;防割破裝備等。
(4)短纖維的應(yīng)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(hù)皮帶等。
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