1. تاريخ التنمية
تم اختراع PBO بواسطة باحثي تطوير الديناميكا الهوائية للقوات الجوية. أولاً ، يمتلك معهد أبحاث جامعة ستانفورد (SRI) بالولايات المتحدة براءة الاختراع الأساسية للبولي بنزوازول. في وقت لاحق ، تم التصريح لشركة Dow Chemical Company في الولايات المتحدة بتطوير PBO على أساس صناعي ، مع تحسين طريقة تصنيع المونومر الأصلية. لا تنتج العملية الجديدة أي منتجات ثانوية من الأيزومرات تقريبًا ، مما يحسن من إنتاج المونومر الاصطناعي ويضع أساسًا للتصنيع. في عام 1990 ، قامت شركة Toyo Textile Company اليابانية بشراء براءة اختراع PBO من شركة Dow Chemical Company في الولايات المتحدة. في عام 1991 ، تم تطوير ألياف PBO بواسطة شركة Do-i-Badish Chemical Fibre على معدات شركة Toyo Textile Company في اليابان ، والتي زادت بشكل كبير من قوة ومعامل ألياف PBO ، لتصل إلى ضعف الألياف PPTA. في عام 1994 ، حصلت شركة Toyo للغزل اليابانية&على تصريح شركة Xu للألياف الكيماوية السيئة&، حيث تم بناء مبلغ ضخم قدره 3 مليارات ين 400 طن / سنة من مونومر PBO و 180 طنًا / سنويًا خط إنتاج الغزل ، وفي ربيع عام 1995 بدأ في وضع جزء من الإنتاج الآلي ، وصلت الطاقة الإنتاجية لعام 1998 إلى 200 طن / سنة ، اسم المنتج Zylon. وفقًا لخطة تطوير Toyo Tex&لشركة Zylon ، ستصل الطاقة الإنتاجية إلى 380 طنًا / سنويًا في عام 2000 ، و 500 طن / سنويًا في عام 2003 ، و 1000 طن / سنويًا في عام 2008. ولا تزال شركة Toyo Tex هي الشركة الوحيدة في العالم يمكنها إنتاج ألياف PBO تجاريًا.
2. آفاق تطوير الألياف PBO
في السنوات الأخيرة ، يتم استخدام المواد المقواة بالألياف المركبة عالية الأداء على نطاق واسع في المباني الشاهقة والجسور الكبيرة وهندسة المحيطات ومجالات البناء الأخرى في أوروبا وأمريكا واليابان ودول ومناطق متقدمة أخرى. يتم لصق قماش الألياف المشرب براتنج الإيبوكسي على سطح الخرسانة ، مما يحسن بشكل كبير من قدرة التحمل ومقاومة الزلازل للهيكل الأصلي. بالإضافة إلى ذلك ، فيما يتعلق ببناء الجسر ، لا يمكن استخدام كابل الأسلاك الفولاذية للجسور الطويلة نظرًا لوزنها الذاتي ، والكابل ذو الوزن الخفيف والقوة العالية هو الخيار الأفضل. بالمقارنة مع الكابل ذو القوة العالية وثبات الأبعاد الجيد ، فإن الكبل المصنوع من ألياف PBO هو الخيار الأفضل.
تحل ألياف PBO تدريجياً محل مادة الأسبستوس التقليدية في مجال المواد المقاومة للحرارة ، كما أنها تستكشف استخدام ألياف PBO في مجال التطبيق أقل من 350 درجة مئوية لتحل محل الألياف المثبطة للهب مثل البولي أميد العطري. عند تطبيقها فوق 350 ℃ ، يمكن استبدال الألياف غير العضوية مثل ألياف الفولاذ المقاوم للصدأ أو ألياف السيراميك. الألياف غير العضوية صلبة ، والمنتج عرضة للندبات ، مما يؤثر على أدائه. ومع ذلك ، فإن ألياف PBO ممكنة تمامًا للتغلب على نقص الألياف غير العضوية. في الماضي ، لم تكن المقاومة الحرارية للألياف العضوية كافية (غالبًا أقل من 400) ، مما أدى إلى تقييد تطبيق وتطوير الألياف العضوية. ومع ذلك ، وصلت درجة حرارة تحلل ألياف PBO إلى 650 درجة مئوية ، وهي أعلى درجة حرارة بين جميع الألياف العضوية. لذلك ، من الممكن تمامًا استبدال ألياف PB0 بألياف PB0 لتطبيق ألياف عضوية أعلى من 350 درجة مئوية ، ويمكن توسيع وتطوير استخدام ألياف PB0 كمواد مقاومة للحرارة.
تظهر الدراسات الأجنبية أن هناك العديد من التطبيقات لألياف PBO في مجالات أخرى ، مثل مواد العزل الكهربائي ، واستكشاف الأقمار الصناعية ، والمواد خفيفة الوزن ، وصناعة السيارات ، وتطوير حقول النفط في أعماق البحار. لا يمكن لألياف PBO كجسم قطار عالي السرعة أن تقلل من وزن جسم السيارة فحسب ، بل تزيد أيضًا من قوة جسم السيارة. يمكن تصنيع جميع أنواع الملابس الواقية المقاومة للتآكل باستخدام ألياف PBO لمقاومة التآكل الكيميائي. من أجل تقليل العبء المحدود في الفضاء ، فإن ألياف PBO مناسبة لصنع الأزرار والأحزمة المستخدمة في الفضاء. يمكن استخدامه أيضًا كمواد بالون مقاومة للحرارة في بيئات فضائية تتراوح من -10 درجة مئوية إلى درجة حرارة سطح تبلغ 460 درجة مئوية. قوة وألياف معامل عالية. من أجل جعل اللوحة القماشية بها الحد الأدنى من درجة التشوه عند تهب الرياح ، من الضروري البحث عن ألياف PBO ذات أعلى معامل لجعل شراع التجديف. نظرًا لخصائصها الميكانيكية الممتازة ، فإن ألياف PBO هي أيضًا أفضل مادة لصنع مضارب الجولف ومضارب التنس وأعمدة التزلج والزلاجات وألواح التزلج على الماء وأوتار الرماية وسيارات سباق الدراجات.
والبحث والتطوير وتصنيع التقنيات مفتاح الألياف PBO تمكين الصين&# 39؛ ق الألياف PBO للتخلص من معضلة التعرض للاحتكار والسيطرة على التكنولوجيات الأجنبية لفترة طويلة، والشروع في الطريق للابتكار المستقل والآفاق المشرقة والتطبيق الواسع لتوطين ألياف PBO والتطوير على نطاق واسع. إنه مفيد للتطوير والتطبيق والتطوير المستدام لمواد PBO عالية الأداء في الفضاء الجوي والدفاع الوطني والصناعة المدنية في الصين.
3 ، أداء الألياف
وفقًا لـ Toyo Tex ، فإن قوة ألياف PBO المتطورة هي 5.8GPa (التقرير الألماني هو 5.2GPa) والمعامل هو 180GPa ، وهو الأعلى بين الألياف الكيميائية الموجودة. درجة حرارة مقاومة الحرارة تصل إلى 600 ، حد مؤشر الأكسجين 68 ، في اللهب لا يحترق ، لا يتقلص ، مقاومة الحرارة والقابلية للاشتعال أعلى من أي ألياف عضوية أخرى. تستخدم بشكل رئيسي في المنسوجات الصناعية المقاومة للحرارة والمواد المقواة بالألياف.
مقارنة الأداء بين PBO والألياف الأخرى عالية الأداء:
يمكن أن نرى من الجدول أن القوة والمعامل ومقاومة الحرارة ومقاومة اللهب لألياف PBO ، وخاصة قوة ألياف PBO لا تتجاوز فقط تلك الموجودة في الألياف الفولاذية ، ولكنها تتجاوز أيضًا ألياف الكربون. بالإضافة إلى ذلك ، تتميز ألياف PBO بمقاومة تأثير ممتازة ، ومقاومة للاحتكاك وثبات الأبعاد ، وهي خفيفة وناعمة ، مما يجعلها مادة نسيجية مثالية.
كألياف فائقة الأداء في القرن الحادي والعشرين ، يتمتع PBO بخصائص فيزيائية وميكانيكية ممتازة وخصائص كيميائية. قوته ومعامل هي ضعف ما KEVLAR (كيفلر الألياف)، وكما أن لديها خصائص مقاومة للحرارة واللهب من الألياف أراميد interdimensional، والخصائص الفيزيائية والكيميائية هي تماما أفضل من ذلك من KEVLAR، والتي هي في المؤدية موقف في مجال الألياف عالية الأداء حتى الآن. يمكن أن ترفع خيوط PBO بقطر 1 مم حتى 450 كجم وهي أقوى بأكثر من 10 مرات من الألياف الفولاذية.
4. تعديل سطح ألياف PBO
يتم زيادة TIFSS بين ألياف PBO ومصفوفة الراتنج ، ولكن يؤدي الكثير من عامل الاقتران إلى طبقة ربط متشابكة سميكة جدًا من عامل الاقتران ، مما يقلل TIFSS بدلاً من ذلك. ومع ذلك ، فإن تأثير حفر البلازما على سطح الألياف يتم تطبيقه أولاً على عامل التوصيل ، مما يجعل عامل الاقتران يشكل طبقة ربط متبادلة مطعمة. يمكن لطبقة عامل الاقتران هذه حماية الألياف إلى حد ما ، وبالتالي فإن σ ألياف PBO لا تنقص كثيرًا.
وفقًا للتحليل ، فإن الظروف التكنولوجية للجمع بين عامل الاقتران وتعديل البلازما هي كما يلي: محتوى عامل اقتران A-187 هو 2 ٪ ، ووقت معالجة بلازما الأرجون ذات درجة الحرارة المنخفضة هو 2 دقيقة ، والضغط 5opA ، القوة 30 واط. من بين عوامل الربط المختارة ، كان لـ A-187 أفضل تأثير على تحسين IFSS بين تطوير ألياف PBO وراتنج الايبوكسي ، وكان المحتوى الأمثل لعامل الاقتران 2٪.
(1) عندما كان محتوى A-187 2 ٪ وكانت ظروف معالجة البلازما ذات درجة الحرارة المنخفضة 2 دقيقة و 30 واط و 50 باسكال ، كانت ΓIFSS لألياف PBO المعدلة عالية مثل Lo. 44MPa ، والتي كانت أعلى بنسبة 52٪ من تلك الخاصة بـ PAIFSS المعدلة مع A-187 فقط ، وأعلى بنسبة 78٪ من تلك الخاصة بـ PAIFSS الأصلي مع A-187. كما تم تحسين قابلية البلل لألياف PBO بشكل كبير.
(2) إن انخفاض ΓIFSS لألياف PBO المعدلة بواسطة عامل اقتران الأرجون بالبلازما ليس واضحًا مع مرور الوقت. زيادة زاوية التلامس ليست واضحة ، وتغييرها يميل إلى أن يكون مستقرًا ، مع اتجاه هبوطي طفيف. تأثير التوهين لألياف PBO المعدلة بواسطة عامل اقتران البلازما ذو درجة الحرارة المنخفضة الأرجون غير واضح.
5 ، التحضير
يتم تحضير PBO عن طريق تكثيف المحلول 4 ، 6-ديامينوفينول هيدروكلوريد (ديامينوفينول هيدروكلوريد) وحمض تريفثاليك مع حمض بولي فوسفوريك (PPA) كمذيب ، ويمكن أيضًا تكثيفه عن طريق تجفيف P2O5. PPA عبارة عن مذيب ومحفز متعدد التكثيف.
طورت شركة Dow Chemical Company في الولايات المتحدة تخليق مونومر ديامينو ريسورسينول باستخدام ثلاثي كلورو بنزين كمواد أولية للتوليف. وبهذه الطريقة ، لن يتم توليد الأيزومر في عملية التخليق ، ويكون العائد مرتفعًا جدًا ، والذي يلعب دورًا كبيرًا في الإنتاج الصناعي لـ PBO.
يتم غزل محلول غزل البوليمر وغسله وتجفيفه بطريقة الغزل الجاف الرطب. محلول الغزل عبارة عن بلور سائل ، ويمكن تشكيل هيكل السلسلة المطول عند استخدام طريقة الغزل البلوري السائل. تبلغ قوة الغزل الأولي (خيوط AS - النوع القياسي) 3.53 نيوتن / تكس ومعامل المرونة 10.84 نيوتن / تكس. من أجل تحسين المعامل ، يمكن إجراء المعالجة الحرارية عند درجة حرارة حوالي 600 درجة مئوية إلى الحصول على سلك معامل عالي (HM - نوع معامل مرتفع) بمعامل 176.4N / Tex وقوة ثابتة.
6 ، التطبيق
الخصائص الرئيسية لألياف PBO هي مقاومة جيدة للحرارة وقوة عالية ومعامل ، لذلك فهي تستخدم على نطاق واسع.
(1) تطبيق الفتيل ، يمكن استخدامه للإطارات ، الشريط المطاطي (حزام النقل) ، خرطوم مطاطي ومنتجات مطاطية أخرى من مواد التسليح ؛ جميع أنواع مواد التسليح البلاستيكية والخرسانية. الصواريخ الباليستية والمكونات المقواة للمواد المركبة ؛ أجزاء الشد لكابلات الألياف الضوئية والطبقة الواقية للكابلات الضوئية ؛ تقوية الألياف لمختلف الأسلاك اللينة مثل الأسلاك الكهربائية الساخنة وكابل سماعة الرأس ؛ مواد عالية الشد مثل الحبال والكابلات ؛ مواد الترشيح المقاومة للحرارة للترشيح بدرجة حرارة عالية ؛ المعدات المضادة للقذائف والرصاص والسترات الواقية من الرصاص والخوذات الواقية من الرصاص والملابس الملاحية عالية الأداء ؛ المعدات الرياضية مثل التنس والقوارب السريعة وقوارب السباق ؛ لوحة اهتزاز مكبر الصوت المتقدمة ، مواد اتصالات جديدة ؛ مواد الفضاء ، إلخ.
(2) تطبيق الألياف واللب المفروم ، يمكن استخدامها لمواد الاحتكاك وختم حشية تقوية الألياف ؛ التعزيزات بمختلف الراتنجات والبلاستيك ، إلخ.
(3) تطبيق الخيوط ، يمكن استخدامها لملابس الحماية من الحرائق ؛ ملابس الفرن ، ملابس اللحام وغيرها من الملابس المقاومة للحرارة المستخدمة في معالجة مواقع المعادن المنصهرة ؛ الملابس الواقية وقفازات الأمان وأحذية الأمان ضد الجروح ؛ بدلات السباق ، بدلات الركوب ؛ جميع أنواع الملابس الرياضية والمعدات الرياضية النشطة ؛ بدلة Carrace Pilot ؛ معدات مكافحة القطع ، إلخ.
(4) تطبيق الألياف القصيرة ، تستخدم بشكل رئيسي في معالجة بثق الألمنيوم حصيرة وسادة مقاومة للحرارة ؛ مواد الترشيح المقاومة للحرارة للترشيح بدرجة حرارة عالية ؛ أحزمة الحماية الحرارية ، إلخ.
المصدر: شين دون شا زيان
https://mp.weixin.qq.com/s؟__biz=MzA4MTY5NzMxMw==&؛ mid = 2649436326&؛ idx = 3&؛ sn = 51c2495ca966be6a911db6f3edeb2153&؛ chksm = 878e9fe8b0f916feaa49bf589b790d7563dcb53f6c9441e2bec0c8daa215113fc391834188bc&أمبير؛ mpshare = 1&أمبير، مشهد = 1&أمبير؛ srcid = 0617ncecNy7HTJXOxnslqDfW&أمبير؛ sharer_sharetime = 1623915726672&أمبير؛ sharer_shareid = ff5f2139d31a4580928c819c5eb948df&أمبير؛ exportkey = AWGBw6I2MALXoOK5g4I4FSI % 3D&؛ pass_ticket = pWHQcOxNUVRqpPP % 2BHILkKfVZpve1kJr9O7Wvqi2kgPvehIORUzXUKbfnxAGgSJ2U&؛ wx_header = 0 # rd