1.Development History
Dyfeisiwyd PBO gan ymchwilwyr mewn aerodynameg o Awyrlu'r UD. Daliwyd y patent sylfaenol ar gyfer polybenzothiazole gan Sefydliad Ymchwil Stanford (SRI) yn yr Unol Daleithiau. Yn ddiweddarach, cafodd Dow Chemical Company y drwydded a datblygodd PBO yn ddiwydiannol, tra hefyd yn gwella'r dull synthesis monomer gwreiddiol. Cynhyrchodd y broses newydd bron dim sgil-gynhyrchion isomerig, gan gynyddu cynnyrch y monomerau wedi'u syntheseiddio a gosod y sylfaen ar gyfer diwydiannu. Ym 1990, prynodd Toyobo Co Japan y dechnoleg patent PBO gan Dow Chemical. Ym 1991, datblygodd Cwmni Tecstilau Dow-Badische ffibr PBO ar offer Toyobo, gan gynyddu cryfder a modwlws ffibr PBO yn sylweddol i ddwywaith yn fwy na ffibr PPTA. Ym 1994, gyda chaniatâd Cwmni Tecstilau Dow-Badische, buddsoddodd Toyobo 3 biliwn yen i adeiladu llinell gynhyrchu a allai gynhyrchu 400 tunnell y flwyddyn o fonomerau PBO a 180 tunnell / blwyddyn o nyddu. Dechreuodd cynhyrchu rhannol fecanyddol yng ngwanwyn 1995, ac erbyn 1998, cyrhaeddodd y gallu cynhyrchu 200 tunnell y flwyddyn, gyda'r cynnyrch o'r enw Zylon. Yn ôl cynllun datblygu Toyobo ar gyfer Zylon, roedd disgwyl i'r gallu cynhyrchu gyrraedd 380 tunnell y flwyddyn erbyn 2000, 500 tunnell y flwyddyn erbyn 2003, a 1000 tunnell y flwyddyn erbyn 2008. Ar hyn o bryd, Toyobo yw'r unig gwmni yn y byd sy'n gallu gwneud busnes yn fasnachol o hyd. cynhyrchu ffibr PBO.
2.Prospects ar gyfer Datblygu Ffibrau PBO
Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, defnyddiwyd deunyddiau atgyfnerthu cyfansawdd ffibr perfformiad uchel yn helaeth yn y meysydd adeiladu megis adeiladau uchel, pontydd mawr, a pheirianneg forol mewn gwledydd datblygedig a rhanbarthau fel Ewrop, America a Japan. Trwy drwytho brethyn ffibr â resin epocsi a'i lynu wrth yr wyneb concrit, gellir gwella'n sylweddol allu cario llwyth a gwrthiant daeargryn y strwythur gwreiddiol. Ar ben hynny, wrth adeiladu pontydd, ni ellir defnyddio ceblau dur ar gyfer pontydd hirach oherwydd eu pwysau eu hunain. Yn lle hynny, mae'n well cael ceblau ysgafnach a chryfach. Ceblau wedi'u gwneud o ffibrau PBO, sydd â chryfder penodol uchel a sefydlogrwydd dimensiwn da, yw'r dewis gorau. Mae ffibrau PBO yn disodli deunyddiau asbestos traddodiadol yn raddol ym maes deunyddiau sy'n gwrthsefyll gwres ac ar hyn o bryd maent yn archwilio amnewid polyamidau aromatig a ffibrau gwrth-fflam eraill ar dymheredd is na 350 gradd. Ar dymheredd uwch na 350 gradd, maent yn disodli ffibrau dur di-staen neu ffibrau ceramig a ffibrau anorganig eraill. Gan fod ffibrau anorganig yn eithaf caled ac yn dueddol o achosi crafiadau sy'n effeithio ar eu perfformiad, mae ffibrau PBO yn debygol o oresgyn diffygion ffibrau anorganig. Yn flaenorol, roedd ymwrthedd gwres ffibrau organig yn annigonol (yn bennaf yn is na 400 gradd ), a oedd yn cyfyngu ar eu datblygiad cymhwysiad. Fodd bynnag, mae gan ffibrau PBO dymheredd dadelfennu o hyd at 650 gradd, yr uchaf ymhlith yr holl ffibrau organig. Felly, mae'n gwbl bosibl disodli'r defnydd o ffibrau organig mewn cymwysiadau uwch na 350 gradd gyda ffibrau PBO, a thrwy hynny ehangu a datblygu cymhwysiad deunyddiau gwrthsefyll gwres ffibr PBO. Mae ymchwil ryngwladol yn dangos bod gan ffibrau PBO lawer o gymwysiadau posibl mewn meysydd eraill megis deunyddiau inswleiddio trydanol, canfod lloeren, deunyddiau ysgafn, y diwydiant modurol, a datblygu maes olew môr dwfn. Fel deunydd corff trên cyflym, mae ffibrau PBO nid yn unig yn lleihau pwysau'r corff ond hefyd yn cynyddu ei gryfder. Gan ddefnyddio ymwrthedd cemegol ffibrau PBO, gellir gwneud dillad amddiffynnol amrywiol sy'n gwrthsefyll cyrydiad. Wrth archwilio'r gofod, er mwyn lleihau'r baich cyfyngedig, mae ffibrau PBO yn addas ar gyfer gwneud caewyr a strapiau a ddefnyddir yn y gofod. Yn yr ystod o dymheredd amgylchedd gofod cosmig o -10 gradd i 460 gradd, gellir ei ddefnyddio hefyd fel deunydd ar gyfer balwnau canfod sy'n gwrthsefyll gwres. Ym maes hwylio cystadleuaeth chwaraeon, mae hwyliau'n cael eu gwneud yn bennaf o blatiau tenau tebyg i ddalen wedi'u gwneud o ffibrau cryfder uchel a modwlws uchel. Er mwyn lleihau anffurfiad yr hwyliau pan fyddant yn agored i wynt, rhaid ceisio'r ffibrau modwlws PBO uchaf ar gyfer cynhyrchu hwyliau rasio. O ystyried priodweddau mecanyddol rhagorol ffibrau PBO, nhw hefyd yw'r deunyddiau gorau ar gyfer gweithgynhyrchu clybiau golff, racedi tennis, polion sgïo, byrddau sgïo, byrddau syrffio, llinynnau bwa saethyddiaeth, ac olwynion rasio beiciau. Gall ymchwil technoleg allweddol a datblygu a diwydiannu ffibrau PBO alluogi Tsieina i dorri'n rhydd o reolaeth a monopoli hirdymor technoleg dramor a chychwyn ar lwybr o arloesi annibynnol, rhagolygon disglair, a chymhwysiad eang o ddatblygiad domestig a graddfa fawr. o ffibrau PBO. Bydd hyn yn cyfrannu at ddatblygiad a defnydd cynaliadwy o ddeunyddiau PBO perfformiad uchel yn y diwydiannau awyrofod, amddiffyn cenedlaethol, milwrol a sifil Tsieina.
Priodweddau 3.Fiber
Yn ôl adroddiadau Toyobo, cryfder ei gynnyrch ffibr PBO pen uchel yw 5.8GPa (adroddir fel 5.2GPa yn yr Almaen), gyda modwlws o 180GPa, yr uchaf ymhlith ffibrau cemegol presennol; gall wrthsefyll tymheredd hyd at 600 gradd, ac mae ganddo fynegai ocsigen cyfyngol o 68, nid yw'n llosgi neu'n crebachu mewn fflamau, gan ddangos ymwrthedd gwres uwch ac arafu fflamau nag unrhyw ffibr organig arall. Fe'i defnyddir yn bennaf ar gyfer tecstilau diwydiannol sy'n gwrthsefyll gwres a deunyddiau wedi'u hatgyfnerthu â ffibr.
Cymharu PBO â ffibrau perfformiad uchel eraill: mae cryfder, modwlws, ymwrthedd gwres, ac arafu fflamau ffibr PBO, yn enwedig ei gryfder, nid yn unig yn fwy na ffibrau dur ond hefyd yn rhagori ar gryfderau ffibrau carbon. Ar ben hynny, mae ffibr PBO yn arddangos ymwrthedd effaith ardderchog, ymwrthedd crafiad, a sefydlogrwydd dimensiwn, ac mae'n ysgafn ac yn feddal, gan ei wneud yn ddeunydd crai tecstilau hynod ddelfrydol.
Mae gan PBO, fel ffibr uwch-berfformiad yr 21ain ganrif, briodweddau ffisegol, mecanyddol a chemegol rhagorol. Mae ei gryfder a'i fodwlws ddwywaith yn fwy na ffibrau Kevlar ac mae hefyd yn cynnwys ymwrthedd gwres ac arafu fflamau ffibrau meta-aramid, gyda phriodweddau ffisegol a chemegol cyffredinol sy'n rhagori'n llwyr ar rai ffibrau Kevlar, sydd wedi bod yn arwain ym maes perfformiad uchel. ffibrau. Gall ffilament PBO sengl â diamedr o 1 milimedr godi pwysau o 450 cilogram, sy'n fwy na deg gwaith cryfder ffibrau gwifren dur.
Addasiad 4.Surface o ffibrau PBO.
Gellir gwella'r cryfder cneifio rhyngwynebol (IFSS) rhwng ffibrau PBO a'r matrics resin, ond gall gormod o asiant cyplu arwain at haen groesgysylltu drwchus o'r asiant cyplu, sydd yn ei dro yn lleihau'r IFSS. Mae ysgythru plasma ar yr wyneb ffibr yn effeithio'n bennaf ar yr asiant cyplu, gan ffurfio haen drawsgysylltu wedi'i impio sy'n darparu amddiffyniad penodol i'r ffibrau, felly nid yw'r dirywiad yn y σ o ffibrau PBO yn sylweddol. Mae dadansoddiad yn dangos mai'r amodau gorau posibl ar gyfer y broses gyfun o asiant cyplu ac addasu plasma yw: A{0}} cynnwys asiant cyplu ar 2%, amser triniaeth plasma tymheredd isel argon o 2 funud, pwysedd o 50 Pa, a phŵer yn 30 W. Ymhlith yr asiantau cyplu a ddewiswyd, mae'r math A-187 yn cael yr effaith orau ar wella'r IFSS rhwng ffibrau PBO a resin epocsi, gyda'r cynnwys gorau posibl o 2%. (1) Pan fo'r cynnwys A-187 yn 2%, a'r amodau trin plasma tymheredd isel argon yn 2 funud, 30 W, a 50 Pa, gall IFSS y ffibrau PBO wedi'u haddasu gyrraedd hyd at 10.44 MPa, sy'n yn gynnydd o 52% o'i gymharu â defnyddio'r asiant cyplu A-187 yn unig ar gyfer addasu, a chynnydd o 78% o'i gymharu â IFSS y ffibrau gwreiddiol. Mae gwlybedd ffibrau PBO hefyd wedi'i wella'n sylweddol. (2) Ar gyfer ffibrau PBO a addaswyd gan argon plasma tymheredd isel ynghyd ag asiant cyplu, nid yw'r dirywiad yn IFSS dros amser yn sylweddol; nid yw'r cynnydd yn yr ongl gyswllt hefyd yn arwyddocaol, gan ddangos tueddiad tuag at sefydlogrwydd, ac mae tueddiad ar i lawr ychydig hyd yn oed. Nid yw effaith diraddio ffibrau PBO a addaswyd gan argon plasma tymheredd isel ynghyd ag asiant cyplu yn amlwg.
5.Preparation
Mae PBO yn cael ei syntheseiddio gan y polycondensation hydoddiant o 4,6-diaminoresorcinol dihydrochloride (a elwir hefyd yn DAR·2HCl) ag asid terephthalic mewn hydoddydd o asid polyffosfforig (PPA), neu drwy ddadhydradu gan ddefnyddio P2O5. Mae PPA yn gwasanaethu fel toddydd ac fel catalydd ar gyfer y polycondwysedd. Datblygwyd synthesis y monomer DAR·2HCl yn llwyddiannus gan Dow Chemical Company yn yr Unol Daleithiau, gan ddechrau o drichlorobenzene fel y deunydd crai. Mae'r dull hwn yn osgoi ffurfio isomerau yn ystod synthesis, gan gynhyrchu cynnyrch uchel a chwarae rhan arwyddocaol yn y cynhyrchiad diwydiannol PBO. Mae'r dope polymer yn cael ei nyddu gan ddefnyddio proses nyddu sych-wlyb, ac yna golchi a sychu. Pan gaiff ei doddi i briodweddau crisial hylifol, gall defnyddio nyddu grisial hylif ffurfio strwythur cadwyn estynedig, gyda'r ffibr troelli cychwynnol (ffibr UG - math safonol) yn meddu ar gryfder o dros 3.53 N/tex a modwlws elastig o dros 10.84 N/ tecs. Er mwyn gwella'r modwlws, gellir cynnal triniaeth wres ar tua 600 gradd, gan arwain at ffibr modwlws uchel (math modwlws ffibr-uchel HM) gyda modwlws o hyd at 176.4 N/tex tra'n cynnal yr un cryfder.
6.Application
Nodweddir ffibrau PBO gan eu gwrthiant gwres rhagorol, cryfder uchel, a modwlws uchel, gan eu gwneud yn berthnasol yn eang.
(1) Mae cymwysiadau ffilament yn cynnwys deunyddiau atgyfnerthu ar gyfer cynhyrchion rwber fel teiars, gwregysau cludo, a phibellau; deunyddiau atgyfnerthu ar gyfer plastigau a choncrit amrywiol; cryfhau cydrannau ar gyfer taflegrau balistig a deunyddiau cyfansawdd; aelodau tensiwn a philenni amddiffynnol ar gyfer ceblau ffibr optig; atgyfnerthu ffibrau ar gyfer gwifrau trydan, gwifrau clustffonau, a gwifrau hyblyg eraill; deunyddiau tynnol uchel ar gyfer rhaffau a cheblau; deunyddiau hidlo sy'n gwrthsefyll gwres ar gyfer hidlo tymheredd uchel; offer amddiffynnol ar gyfer taflegrau a bwledi, festiau atal bwled, helmedau gwrth-bwled, a siwtiau hedfan perfformiad uchel; offer chwaraeon ar gyfer tennis, cychod cyflym, cychod hwylio rasio; diafframau siaradwr gradd uchel, deunyddiau cyfathrebu newydd; deunyddiau awyrofod, ac ati.
(2) Mae cymwysiadau ffibrau wedi'u torri a mwydion yn cynnwys ffibrau atgyfnerthu ar gyfer deunyddiau ffrithiant a gasgedi selio; gwella deunyddiau ar gyfer gwahanol resinau a phlastigau, ac ati.
(3) Mae'r defnydd o edafedd yn cynnwys dillad ymladd tân; dillad gwaith sy'n gwrthsefyll gwres ar gyfer trin metel tawdd, megis ffowndri a dillad weldio; dillad amddiffynnol ar gyfer ymwrthedd toriad, menig diogelwch, ac esgidiau diogelwch; siwtiau gyrrwr car rasio, gwisgoedd joci; amrywiol ddillad chwaraeon ac offer chwaraeon egnïol; siwtiau peilot Carrace; offer gwrth-dorri, ac ati.
(4) Mae cymwysiadau ffibrau byr yn bennaf yn cynnwys padiau ffelt clustogi sy'n gwrthsefyll gwres ar gyfer prosesu allwthio alwminiwm; deunyddiau hidlo sy'n gwrthsefyll gwres ar gyfer hidlo tymheredd uchel; gwregysau amddiffyn thermol, ac ati.