1.Storja ta 'żvilupp
PBO ġie ivvintat minn riċerkaturi fl-aerodinamika mill-US Air Force. Il-privattiva bażika għall-polybenzothiazole kienet miżmuma minn Stanford Research Institute (SRI) fl-Istati Uniti. Aktar tard, Dow Chemical Company kisbet il-liċenzja u żviluppat industrijalment PBO, filwaqt li tejbet ukoll il-metodu ta 'sintesi tal-monomeru oriġinali. Il-proċess il-ġdid ma pproduċa kważi l-ebda prodotti sekondarji isomeriċi, u żied ir-rendiment tal-monomeri sintetizzati u stabbilixxa l-pedament għall-industrijalizzazzjoni. Fl-1990, Toyobo Co tal-Ġappun xtrat it-teknoloġija tal-privattiva PBO minn Dow Chemical. Fl-1991, Dow-Badische Textile Company żviluppat fibra PBO fuq it-tagħmir ta 'Toyobo, u żiedet b'mod sinifikanti s-saħħa u l-modulu tal-fibra PBO għad-doppju tal-fibra PPTA. Fl-1994, bil-permess minn Dow-Badische Textile Company, Toyobo investiet 3 biljun yen biex tibni linja ta 'produzzjoni li kapaċi tipproduċi 400 tunnellata/sena ta' monomeri PBO u 180 tunnellata/sena ta 'għażil. Il-produzzjoni mekkanizzata parzjali bdiet fir-rebbiegħa tal-1995, u sa l-1998, il-kapaċità tal-produzzjoni laħqet 200 tunnellata/sena, bil-prodott jismu Zylon. Skont il-pjan ta' żvilupp ta' Toyobo għal Zylon, il-kapaċità tal-produzzjoni kienet mistennija tilħaq 380 tunnellata fis-sena sa l-2000, 500 tunnellata fis-sena sal-2003, u 1000 tunnellata fis-sena sal-2008. Bħalissa, Toyobo tibqa' l-unika kumpanija fid-dinja li kapaċi kummerċjalment jipproduċu fibra PBO.
2.Prospetti għall-Iżvilupp ta 'Fibri PBO
F'dawn l-aħħar snin, materjali ta 'rinfurzar komposti tal-fibra ta' prestazzjoni għolja intużaw b'mod estensiv fl-oqsma tal-kostruzzjoni bħal bini għoli, pontijiet kbar u inġinerija tal-baħar f'pajjiżi żviluppati u reġjuni bħall-Ewropa, l-Amerika u l-Ġappun. Billi timla drapp tal-fibra b'reżina epossidika u teħel mal-wiċċ tal-konkrit, il-kapaċità li tiflaħ it-tagħbija u r-reżistenza għat-terremoti tal-istruttura oriġinali jistgħu jissaħħu b'mod sinifikanti. Barra minn hekk, fil-kostruzzjoni tal-pont, il-kejbils tal-azzar ma jistgħux jintużaw għal pontijiet itwal minħabba l-piż tagħhom stess. Minflok, hemm preferenza għal kejbils eħfef u b'saħħithom. Kejbils magħmula minn fibri PBO, li għandhom saħħa speċifika għolja u stabbiltà dimensjonali tajba, huma l-aħjar għażla. Il-fibri PBO qed jieħdu post gradwalment il-materjali tradizzjonali tal-asbestos fil-qasam tal-materjali reżistenti għas-sħana u bħalissa qed jesploraw is-sostituzzjoni ta 'poliamidi aromatiċi u fibri oħra li jwaqqfu l-fjammi f'temperaturi taħt it-350 grad. F'temperaturi 'l fuq minn 350 grad, qed jissostitwixxu fibri tal-istainless steel jew fibri taċ-ċeramika u fibri inorganiċi oħra. Peress li l-fibri inorganiċi huma pjuttost iebsa u suxxettibbli li jikkawżaw grif li jaffettwaw il-prestazzjoni tagħhom, il-fibri PBO x'aktarx jegħlbu n-nuqqasijiet tal-fibri inorganiċi. Preċedentement, ir-reżistenza tas-sħana tal-fibri organiċi kienet insuffiċjenti (l-aktar taħt 400 grad), li llimitat l-iżvilupp tal-applikazzjoni tagħhom. Madankollu, il-fibri PBO għandhom temperatura ta 'dekompożizzjoni sa 650 grad, l-ogħla fost il-fibri organiċi kollha. Għalhekk, huwa kompletament possibbli li tissostitwixxi l-użu ta 'fibri organiċi f'applikazzjonijiet 'il fuq minn 350 grad b'fibri PBO, u b'hekk iwessgħu u jiżviluppaw l-applikazzjoni ta' materjali reżistenti għas-sħana tal-fibra PBO. Ir-riċerka internazzjonali tindika li l-fibri PBO għandhom ħafna applikazzjonijiet potenzjali f'oqsma oħra bħal materjali ta 'insulazzjoni elettrika, skoperta bis-satellita, materjali ħfief, l-industrija tal-karozzi, u żvilupp tal-qasam taż-żejt tal-baħar fond. Bħala materjal tal-ġisem tal-ferrovija b'veloċità għolja, il-fibri PBO mhux biss inaqqsu l-piż tal-ġisem iżda jżidu wkoll is-saħħa tiegħu. Bl-użu tar-reżistenza kimika tal-fibri PBO, jistgħu jsiru diversi ħwejjeġ protettivi reżistenti għall-korrużjoni. Fl-esplorazzjoni spazjali, biex jitnaqqas il-piż limitat, il-fibri PBO huma adattati biex isiru qfieli u ċineg użati fl-ispazju. Fil-firxa ta 'temperaturi ta' l-ambjent spazjali kożmiku minn -10 grad sa 460 grad, jista 'jintuża wkoll bħala materjal għal blalen ta' skoperta reżistenti għas-sħana. Fil-qasam tat-tbaħħir tal-kompetizzjoni sportiva, il-qlugħ huma prinċipalment magħmula minn pjanċi rqaq bħal folji magħmula minn fibri ta 'qawwa għolja u modulu għoli. Biex tiġi minimizzata d-deformazzjoni tal-qlugħ meta jkunu esposti għar-riħ, għandhom jiġu mfittxija l-ogħla modulu tal-fibri PBO għall-produzzjoni ta 'qlugħ tat-tlielaq. Minħabba l-proprjetajiet mekkaniċi eċċellenti tal-fibri PBO, huma wkoll l-aħjar materjali għall-manifattura tal-klabbs tal-golf, rakketti tat-tennis, arbli tal-iski, bordijiet tal-iski, surfboards, bowstrings tal-qwas u roti tat-tlielaq tar-roti. Ir-riċerka u l-iżvilupp tat-teknoloġija ewlenija u l-industrijalizzazzjoni tal-fibri PBO jistgħu jippermettu liċ-Ċina tinħeles mill-kontroll fit-tul u l-monopolju tat-teknoloġija barranija u tibda triq ta 'innovazzjoni indipendenti, prospetti brillanti, u applikazzjoni wiesgħa ta' żvilupp domestiku u fuq skala kbira tal-fibri PBO. Dan se jikkontribwixxi għall-iżvilupp u l-użu sostenibbli ta 'materjali PBO ta' prestazzjoni għolja fl-industriji aerospazjali, difiża nazzjonali, militari u ċivili taċ-Ċina.
3.Fiber Properties
Skont ir-rapporti Toyobo, is-saħħa tal-prodott tal-fibra PBO high-end tagħha hija 5.8GPa (irrapportata bħala 5.2GPa fil-Ġermanja), b'modulu ta '180GPa, l-ogħla fost fibri kimiċi eżistenti; jista 'jiflaħ temperaturi sa 600 grad, u għandu indiċi ta' ossiġnu li jillimita ta '68, ma jaħraqx jew jiċkien fil-fjammi, li juri reżistenza ogħla tas-sħana u ritardanza tal-fjammi minn kwalunkwe fibra organika oħra. Jintuża primarjament għal tessuti industrijali reżistenti għas-sħana u materjali rinfurzati bil-fibra.
Tqabbil ta 'PBO ma' fibri oħra ta 'prestazzjoni għolja: is-saħħa, il-modulu, ir-reżistenza tas-sħana, u r-ritardanza tal-fjammi tal-fibra PBO, speċjalment is-saħħa tagħha, mhux biss jaqbżu dik tal-fibri tal-azzar iżda wkoll jaqbżu dawk tal-fibri tal-karbonju. Barra minn hekk, il-fibra PBO turi reżistenza eċċellenti għall-impatt, reżistenza għall-brix, u stabbiltà dimensjonali, u hija ħafifa u ratba, u tagħmilha materja prima tat-tessuti estremament ideali.
PBO, bħala fibra super-prestazzjoni tas-seklu 21, jippossjedi proprjetajiet fiżiċi, mekkaniċi u kimiċi eċċellenti. Is-saħħa u l-modulu tiegħu huma d-doppju ta 'dawk tal-fibri Kevlar u għandhom ukoll ir-reżistenza tas-sħana u r-ritardanza tal-fjammi ta' fibri meta-aramid, bi proprjetajiet fiżiċi u kimiċi ġenerali li jaqbżu kompletament dawk tal-fibri Kevlar, li ilhom iwasslu fil-qasam ta 'prestazzjoni għolja fibri. Filament PBO wieħed b'dijametru ta '1 millimetru jista' jgħolli piż ta '450 kilogramma, li huwa aktar minn għaxar darbiet is-saħħa tal-fibri tal-wajer tal-azzar.
4.Modifikazzjoni tal-wiċċ tal-fibri PBO.
Is-saħħa ta 'shear interfacial (IFSS) bejn il-fibri PBO u l-matriċi tar-reżina tista' tissaħħaħ, iżda ammont eċċessiv ta 'aġent ta' akkoppjar jista 'jwassal għal saff ta' crosslinking oħxon ta 'l-aġent ta' l-akkoppjar, li mbagħad inaqqas l-IFSS. L-inċiżjoni tal-plażma fuq il-wiċċ tal-fibra primarjament taffettwa l-aġent tal-igganċjar, li tifforma saff ta 'crosslinking imlaqqam li jipprovdi ċerta protezzjoni għall-fibri, u b'hekk it-tnaqqis fl-σ tal-fibri PBO mhuwiex sinifikanti. L-analiżi turi li l-kundizzjonijiet ottimali għall-proċess magħqud tal-aġent tal-igganċjar u l-modifika tal-plażma huma: A-187 kontenut tal-aġent tal-igganċjar fi 2%, ħin ta’ trattament tal-plażma b’temperatura baxxa ta’ argon ta’ 2 min, pressjoni f’50 Pa, u qawwa f’ 30 W. Fost l-aġenti tal-igganċjar magħżula, it-tip A-187 għandu l-aħjar effett fuq it-titjib tal-IFSS bejn il-fibri PBO u r-reżina epoxy, b'kontenut ottimali ta '2%. (1) Meta l-kontenut A-187 huwa 2%, u l-kundizzjonijiet tat-trattament tal-plażma b'temperatura baxxa tal-argon huma 2 min, 30 W, u 50 Pa, l-IFSS tal-fibri PBO modifikati jistgħu jilħqu sa 10.44 MPa, li hija żieda ta' 52% meta mqabbla mal-użu biss tal-aġent tal-akkoppjar A-187 għall-modifika, u żieda ta' 78% meta mqabbel mal-IFSS tal-fibri oriġinali. It-tixrib tal-fibri PBO tjiebet ukoll b'mod sinifikanti. (2) Għal fibri PBO modifikati minn plażma ta 'temperatura baxxa ta' argon flimkien ma 'aġent ta' akkoppjar, it-tnaqqis fl-IFSS maż-żmien mhuwiex sinifikanti; iż-żieda fl-angolu tal-kuntatt hija wkoll mhux sinifikanti, li turi tendenza lejn l-istabbiltà, u hemm anke xejra żgħira 'l isfel. L-effett tad-degradazzjoni tal-fibri PBO modifikati mill-plażma ta 'temperatura baxxa ta' l-argon flimkien ma 'aġent ta' akkoppjar mhuwiex ppronunzjat.
5.Tħejjija
PBO huwa sintetizzat permezz tal-polikondensazzjoni tas-soluzzjoni ta '4,6-diaminoresorcinol dihydrochloride (magħruf ukoll bħala DAR·2HCl) b'aċidu tereftaliku f'solvent ta' aċidu polifosforiku (PPA), jew permezz ta 'deidrazzjoni bl-użu ta' P2O5. PPA jservi kemm bħala solvent kif ukoll bħala katalist għall-polikondensazzjoni. Is-sinteżi tal-monomeru DAR·2HCl ġiet żviluppata b'suċċess minn Dow Chemical Company fl-Istati Uniti, li tibda mit-trichlorobenzene bħala l-materja prima. Dan il-metodu jevita l-formazzjoni ta 'isomeri waqt is-sinteżi, li jagħti rendimenti għoljin u għandu rwol sinifikanti fil-produzzjoni industrijali ta' PBO. Id-dope tal-polimeru huwa mibrum permezz ta 'proċess ta' għażil niexef-imxarrab, segwit minn ħasil u tnixxif. Meta maħlul għal proprjetajiet kristallini likwidi, l-użu ta 'għażil tal-kristalli likwidi jista' jifforma struttura ta 'katina estiża, bil-fibra mibruma inizjali (fibra AS - tip standard) li jkollha qawwa ta' aktar minn 3.53 N/tex u modulu elastiku ta 'aktar minn 10.84 N/ tex. Biex itejjeb il-modulu, it-trattament tas-sħana jista 'jitwettaq f'madwar 600 grad, li jirriżulta f'fibra ta' modulu għoli (fibra HM - tip ta 'modulu għoli) b'modulu sa 176.4 N/tex filwaqt li tinżamm l-istess saħħa.
6.Applikazzjoni
Il-fibri PBO huma kkaratterizzati mir-reżistenza eċċellenti tas-sħana tagħhom, saħħa għolja u modulu għoli, li jagħmluhom applikabbli b'mod wiesa '.
(1) Applikazzjonijiet ta 'filament jinkludu materjali ta' rinfurzar għal prodotti tal-gomma bħal tajers, conveyor belts, u pajpijiet; Materjali ta' rinfurzar għal diversi plastiks u konkrit; komponenti tat-tisħiħ għal missili ballistiċi u materjali komposti; Membri tat-tensjoni u membrani protettivi għal kejbils tal-fibra ottika; Fibri ta' rinfurzar għal wajers elettriċi, wajers tal-headphones, u wajers flessibbli oħra; materjali ta' tensjoni għolja għal ħbula u kejbils; materjali tal-filtri reżistenti għas-sħana għal filtrazzjoni f'temperatura għolja; Tagħmir protettiv għal missili u balal, vests kontra l-balal, elmi kontra l-balal, u ilbiesi tat-titjir ta' prestazzjoni għolja; Tagħmir sportiv għat-tennis, dgħajjes tal-veloċità, jottijiet tat-tlielaq; dijaframmi ta 'kelliem ta' grad għoli, materjali ġodda ta 'komunikazzjoni; materjali aerospazjali, eċċ.
(2) Applikazzjonijiet ta 'fibri mqattgħin u polpa jinkludu fibri ta' rinfurzar għal materjali ta 'frizzjoni u gaskits tas-siġillar; materjali li jtejbu għal diversi reżini u plastiks, eċċ.
(3) L-applikazzjonijiet tal-ħajt jinkludu ħwejjeġ tat-tifi tan-nar; Ilbies tax-xogħol reżistenti għas-sħana għall-immaniġġjar tal-metall imdewweb, bħal ilbies tal-funderija u tal-welding; Ħwejjeġ protettivi għal reżistenza għall-qtugħ, ingwanti tas-sigurtà, u żraben tas-sigurtà; Ilbies tas-sewwieqa tal-karozzi tat-tiġrijiet, ilbiesi tal-ġerrejja; diversi ħwejjeġ sportivi u tagħmir attiv għall-isports; Ilbies tal-piloti tal-karrazza; tagħmir kontra l-qtugħ, eċċ.
(4) L-applikazzjonijiet ta 'fibri qosra jinkludu prinċipalment pads tal-feltru tal-buffer reżistenti għas-sħana għall-ipproċessar tal-estrużjoni tal-aluminju; materjali tal-filtri reżistenti għas-sħana għal filtrazzjoni f'temperatura għolja; ċinturini ta 'protezzjoni termali, eċċ.