1.Storja ta 'żvilupp
Il-PBO ġie ivvintat minn riċerkaturi fl-iżvilupp tal-ajrudinamiku mill-Forza tal-Ajru tal-Istati Uniti. Il-privattiva bażika għall-polybenzoxazole kienet inizjalment proprjetà ta 'Stanford Research Institute (SRI) fl-Università ta' Stanford fl-Istati Uniti. Aktar tard, Dow Chemical Company kisbet awtorizzazzjoni u żviluppat industrijalment PBO, filwaqt li tejbet ukoll il-metodu ta 'sinteżi oriġinali tal-monomeru. Il-proċess il-ġdid ma pproduċa kważi l-ebda prodotti sekondarji isomeriċi, u żied ir-rendiment tal-monomeru sintetizzat u stabbilixxa l-pedament għall-industrijalizzazzjoni. Fl-1990, Toyobo Co., Ltd tal-Ġappun xtrat it-teknoloġija tal-privattiva PBO minn Dow Chemical Company. Fl-1991, Dow-Badische Fibers Inc. żviluppat fibra PBO fuq it-tagħmir ta 'Toyobo Co., Ltd., u żiedet b'mod sinifikanti s-saħħa u l-modulu tal-fibra PBO għad-doppju ta' dak tal-fibra PPTA. Fl-1994, bil-permess minn Dow-Badische Fibers Inc., Toyobo Co., Ltd investiet 3 biljun yen Ġappuniż biex tibni linja ta 'produzzjoni bi produzzjoni annwali ta' 400 tunnellata ta 'monomeri PBO u 180 tunnellata ta' għażil. Fir-rebbiegħa tal-1995, bdiet il-produzzjoni mekkanizzata parzjali, u sa l-1998, il-kapaċità tal-produzzjoni laħqet 200 tunnellata/sena, bl-isem kummerċjali Zylon. Skont il-pjan ta' żvilupp ta' Toyobo għal Zylon, il-kapaċità tal-produzzjoni kienet mistennija tilħaq 380 tunnellata/sena fl-2000, 500 tunnellata/sena fl-2003, u 1000 tunnellata/sena fl-2008. Bħalissa, Toyobo Co., Ltd tibqa' l-unika kumpanija fl- id-dinja kapaċi tipproduċi kummerċjalment fibra PBO.
2.Il-Prospetti tal-Iżvilupp tal-Fiber PBO
F'dawn l-aħħar snin, pajjiżi u reġjuni żviluppati bħall-Ewropa, l-Amerika u l-Ġappun użaw ħafna materjali komposti rinfurzati bil-fibra ta 'prestazzjoni għolja fl-oqsma tal-kostruzzjoni ta' bini għoli, pontijiet kbar u inġinerija tal-baħar. 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 jitjiebu 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 għolja, stabbiltà dimensjonali tajba, huma l-aħjar għażla.
Fibers PBO gradwalment qed jissostitwixxu materjali ta ' l-asbestos tradizzjonali fil-qasam ta ' materjali reżistenti għas-sħana u bħalissa qed jesploraw applikazzjonijiet taħt 350 grad biex jissostitwixxu fibri ritardanti tal-fjammi bħal poliamidi aromatiċi. Aktar minn 350 grad, qed jissostitwixxu fibri inorganiċi bħall-istainless steel jew fibri taċ-ċeramika. Peress li l-fibri inorganiċi huma aktar diffiċli u suxxettibbli għall-grif li jaffettwaw il-prestazzjoni tagħhom, il-fibri PBO għandhom il-potenzjal li jegħlbu dawn in-nuqqasijiet. 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 ta' 650 grad, l-ogħla fost il-fibri organiċi kollha. Għalhekk, huwa kompletament possibbli li tissostitwixxi fibri organiċi b'fibri PBO f'applikazzjonijiet 'il fuq minn 350 grad fejn fibri organiċi qabel kienu diffiċli biex jintużaw, 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 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. Fibri PBO użati fil-korpi tal-ferrovija ta 'veloċità għolja mhux biss inaqqsu l-piż tal-vettura iżda wkoll iżidu s-saħħa tagħha. Bl-użu tar-reżistenza kimika tal-fibri PBO, jistgħu jsiru diversi ħwejjeġ protettivi reżistenti għall-korrużjoni. Fl-ajruspazju, biex jitnaqqas il-piż limitat, il-fibri PBO huma adattati biex isiru qfieli u ċineg użati fl-ispazju. Fil-medda ta 'temperaturi kożmiċi minn -10 grad sa 460 grad, jistgħu jintużaw ukoll bħala materjali għal blalen ta' skoperta reżistenti għas-sħana. Fit-tbaħħir tal-kompetizzjoni sportiva, il-qlugħ huma prinċipalment magħmula minn materjali rqaq ta 'qawwa għolja u ta' modulu għoli magħmulin minn pjanċa simili. Biex titnaqqas id-deformazzjoni meta l-qlugħ jintefħu mir-riħ, iridu jiġu mfittxija l-ogħla modulu tal-fibri PBO biex isiru qlugħ kompetittivi li jbaħħru. Minħabba l-proprjetajiet mekkaniċi eċċellenti tal-fibri PBO, huma wkoll l-aħjar materjali għall-manifattura ta 'klabbs tal-golf, rakketti tat-tennis, arbli tal-iski, bordijiet tal-iski, surfboards, bowstrings tal-qwas u roti tat-tlielaq.
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, 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, il-prodott tal-fibra PBO high-end tagħhom għandu saħħa ta '5.8 GPa (irrapportat bħala 5.2 GPa fil-Ġermanja), modulu ta' 180 GPa, li huwa l-ogħla fost fibri kimiċi eżistenti; jista 'jiflaħ temperaturi sa 600 grad, b'indiċi ta' ossiġnu li jillimita ta '68, u ma jinħaraqx jew jiċkien fil-fjammi, li juri reżistenza ogħla tas-sħana u ritardanza tal-fjammi minn kwalunkwe fibra organika oħra. Jintuża prinċipalment għal tessuti industrijali reżistenti għas-sħana u materjali rinfurzati bil-fibra.
Tqabbil tal-prestazzjoni tal-PBO ma' fibri oħra ta' prestazzjoni għolja:
Kif jidher mit-tabella, il-fibri PBO juru saħħa superjuri, modulu, reżistenza għas-sħana u ritardanza tal-fjammi. Notevolment, is-saħħa tal-fibri PBO mhux biss taqbeż dik tal-fibri tal-azzar iżda taqbeż ukoll dik tal-fibri tal-karbonju. Barra minn hekk, il-fibri PBO jisbqu fir-reżistenza għall-impatt, ir-reżistenza għall-brix, u l-istabbiltà dimensjonali. Huma wkoll ħfief u flessibbli, li jagħmluhom materja prima tat-tessuti ideali.
PBO, bħala fibra super-prestazzjoni tas-seklu 21, jippossjedi proprjetajiet fiżiċi u mekkaniċi eċċezzjonalment eċċellenti kif ukoll proprjetajiet kimiċi. Is-saħħa u l-modulu tiegħu huma d-doppju ta 'dawk tal-fibri Kevlar u jaqsam ukoll ir-reżistenza termali u r-ritardanza tal-fjammi tal-fibri meta-aramid. Barra minn hekk, il-proprjetajiet fiżiċi u kimiċi tiegħu jaqbżu kompletament il-fibri Kevlar, li s'issa wasslu l-qasam tal-fibri ta 'prestazzjoni għolja. 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-azzar.
4.Modifikazzjoni tal-wiċċ tal-fibri PBO
It-titjib ta 'TIFSS (Interfacial Shear Strength) bejn il-fibri PBO u l-matriċi tar-reżina jitjieb, iżda eċċess ta' aġenti ta 'akkoppjar jista' jwassal għal saff ta 'crosslinking eħxen ta' l-aġent ta 'l-akkoppjar, li mbagħad inaqqas TIFSS. L-effett tal-inċiżjoni tal-plażma fuq il-wiċċ tal-fibra primarjament jaġixxi fuq l-aġent tal-igganċjar, li jippermetti l-formazzjoni ta 'saff ta' crosslinking imlaqqam. Dan is-saff tal-aġent tal-igganċjar jipprovdi ċerta protezzjoni għall-fibri, u b'hekk it-tnaqqis fil-σ (qawwa) tal-fibri PBO mhuwiex sinifikanti.
Jista 'jiġi analizzat li l-kundizzjonijiet ottimali għall-proċess magħqud ta' modifika ma 'aġenti ta' akkoppjar u plażma huma: il-kontenut ta 'aġent ta' akkoppjar A-187 fi 2%, ħin ta 'trattament ta' plażma b'temperatura baxxa ta 'argon għal 2 min, pressjoni f'50Pa , u qawwa fi 30W. Fost l-aġenti tal-igganċjar magħżula, 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 ta 'A-187 huwa 2%, u l-kundizzjonijiet tat-trattament tal-plażma b'temperatura baxxa tal-argon huma 2min, 30W, u 50Pa, il-ΓIFSS (Interfacial Shear Strength) tal-fibra PBO modifikata tista' tilħaq sa 10.44 MPa. Dan jirrappreżenta żieda ta' 52% meta mqabbel mal-użu biss tal-aġent tal-akkoppjar A-187 għall-modifika u żieda ta' 78% meta mqabbel mal-ΓIFSS tal-fibra oriġinali. It-tixrib tal-fibri PBO tjiebet ħafna wkoll.
(2) Għal fibri PBO modifikati minn plażma ta 'temperatura baxxa ta' argon flimkien ma 'aġent ta' akkoppjar, it-tnaqqis f'ΓIFSS maż-żmien mhuwiex sinifikanti; iż-żieda fl-angolu tal-kuntatt lanqas ma hija sostanzjali, u turi tendenza lejn stabbiltà b'xejra żgħira 'l isfel. Għalhekk, 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 ppreparat permezz ta 'polikondensazzjoni ta' soluzzjoni ta '4,6-diaminoresorcinol hydrochloride (DAR·HCl) b'aċidu tereftaliku bl-użu ta' aċidu polifosforiku (PPA) bħala solvent. Alternattivament, jista 'jiġi sintetizzat bl-użu ta' deidrazzjoni P2O5 għall-polikondensazzjoni. PPA jservi kemm bħala solvent kif ukoll bħala katalist għall-polikondensazzjoni.
Is-sinteżi tal-monomer diamino resorcinol ġiet żviluppata b'suċċess mill-American Dow Chemical Company, li tibda bit-trichlorobenzene bħala l-materja prima. Dan il-metodu jevita l-ġenerazzjoni ta 'isomeri matul il-proċess ta' sinteżi, li jagħti rata għolja ta 'rkupru, li għandha rwol sinifikanti fil-produzzjoni industrijali ta' PBO.
Dope polimeru huwa mibrum bl-użu tal-metodu ta 'għażil niexef-imxarrab, segwit minn ħasil u tnixxif. Meta s-soluzzjoni tal-għażil tinħall biex tifforma kristalli likwidi u tintuża l-għażil tal-kristalli likwidi, tista 'tifforma struttura ta' katina estiża. Il-fibra mibruma inizjali (tip AS fiber-standard) diġà tippossjedi qawwa ta 'aktar minn 3.53N/tex u modulu elastiku ta' aktar minn 10.84N/tex. Biex jiżdied il-modulu, it-trattament tas-sħana jista 'jitwettaq f'madwar 600 grad, li jirriżulta f'fibra modulu għoli (tip ta' modulu ta 'fibra HM għoli) b'modulu li jilħaq 176.4N/tex filwaqt li tinżamm l-istess saħħa.
6.Applikazzjonijiet
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 ta' titjib għal missili ballistiċi u materjali komposti; Membri tat-tensjoni u films protettivi għal kejbils tal-fibra ottika; Fibri ta' rinfurzar għal wajers elettriċi għat-tisħin, kejbils 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, dgħajjes tat-tlielaq, eċċ.; dijaframmi ta 'kelliem ta' grad għoli, materjali ta 'komunikazzjoni ġodda; materjali aerospazjali, eċċ.
(2) Applikazzjonijiet ta 'fibri mqattgħin u polpa jinkludu fibri ta' rinfurzar għal materjali ta 'frizzjoni u gaskits tas-siġillar; materjali ta 'titjib għal diversi reżini u plastiks, eċċ.
(3) L-applikazzjonijiet tal-ħajt jinkludu ħwejjeġ tat-tifi tan-nar; Ilbies tax-xogħol reżistenti għas-sħana għal operazzjonijiet ta' quddiem tal-forn u tal-iwweldjar; Ħwejjeġ protettivi għar-reżistenza għall-qtugħ, ingwanti tas-sigurtà, u żraben tas-sigurtà; Ilbies tas-sewwieqa tal-karozzi tat-tiġrijiet, Ilbies tal-ġerrejja; ħwejjeġ sportivi varji u tagħmir sportiv attiv; Ilbies tal-piloti tal-karrazza; tagħmir kontra l-qtugħ, eċċ.
(4) L-applikazzjonijiet ta 'fibri qosra huma prinċipalment għal feltru tal-kuxxinett tal-buffer reżistenti għas-sħana użat fl-ipproċessar tal-estrużjoni tal-aluminju; materjali tal-filtri reżistenti għas-sħana għal filtrazzjoni f'temperatura għolja; ċinturini ta 'protezzjoni termali, eċċ.