1.Development History
Dyfeisiwyd PBO gan ymchwilwyr ym maes datblygu aerodynameg o Awyrlu'r Unol Daleithiau. Roedd y patent sylfaenol ar gyfer polybenzoxazole yn eiddo i Sefydliad Ymchwil Stanford (SRI) ym Mhrifysgol Stanford yn yr Unol Daleithiau i ddechrau. Yn ddiweddarach, cafodd Dow Chemical Company awdurdodiad a PBO a ddatblygwyd yn ddiwydiannol, tra hefyd yn gwella dull synthesis gwreiddiol y monomer. Ni chynhyrchodd y broses newydd bron unrhyw sgil-gynhyrchion isomerig, gan gynyddu cynnyrch y monomer wedi'i syntheseiddio a gosod y sylfaen ar gyfer diwydiannu. Ym 1990, prynodd Toyobo Co, Ltd o Japan y dechnoleg patent PBO gan Dow Chemical Company. Ym 1991, datblygodd Dow-Badische Fibers Inc. ffibr PBO ar offer Toyobo Co, Ltd, gan gynyddu cryfder a modwlws ffibr PBO yn sylweddol i ddwywaith yn fwy na ffibr PPTA. Ym 1994, gyda chaniatâd Dow-Badische Fibers Inc., buddsoddodd Toyobo Co, Ltd 3 biliwn yen Japaneaidd i adeiladu llinell gynhyrchu gydag allbwn blynyddol o 400 tunnell o fonomerau PBO a 180 tunnell o nyddu. Yng ngwanwyn 1995, dechreuodd gynhyrchu rhannol fecanyddol, ac erbyn 1998, cyrhaeddodd y gallu cynhyrchu 200 tunnell y flwyddyn, gyda'r enw masnachol Zylon. Yn ôl cynllun datblygu Toyobo ar gyfer Zylon, roedd disgwyl i'r gallu cynhyrchu gyrraedd 380 tunnell y flwyddyn yn 2000, 500 tunnell y flwyddyn yn 2003, a 1000 tunnell y flwyddyn yn 2008. Ar hyn o bryd, Toyobo Co, Ltd yw'r unig gwmni o hyd yn y byd sy'n gallu cynhyrchu ffibr PBO yn fasnachol.
2.Y Rhagolygon Datblygiad Ffibr PBO
Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae gwledydd datblygedig a rhanbarthau fel Ewrop, America a Japan wedi defnyddio deunyddiau cyfansawdd perfformiad uchel wedi'u hatgyfnerthu â ffibr yn eang ym meysydd adeiladu adeiladau uchel, pontydd mawr, a pheirianneg forol. Trwy drwytho brethyn ffibr â resin epocsi a'i gadw at yr wyneb concrit, gellir gwella'n sylweddol y gallu i gynnal 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 uchel, 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 cymwysiadau o dan 350 gradd i ddisodli ffibrau gwrth-fflam fel polyamidau aromatig. Yn uwch na 350 gradd, maent yn disodli ffibrau anorganig fel dur di-staen neu ffibrau ceramig. Gan fod ffibrau anorganig yn anoddach ac yn dueddol o gael crafiadau sy'n effeithio ar eu perfformiad, mae gan ffibrau PBO y potensial i oresgyn y diffygion hyn. 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 650 gradd, yr uchaf ymhlith yr holl ffibrau organig. Felly, mae'n gwbl bosibl disodli ffibrau organig â ffibrau PBO mewn cymwysiadau uwchlaw 350 gradd lle'r oedd ffibrau organig yn anodd eu defnyddio o'r blaen, gan ehangu a datblygu cymhwysiad deunyddiau gwrthsefyll gwres ffibr PBO.
Mae ymchwil ryngwladol yn dangos bod gan ffibrau PBO lawer o gymwysiadau mewn meysydd eraill megis deunyddiau inswleiddio trydanol, canfod lloeren, deunyddiau ysgafn, y diwydiant modurol, a datblygu maes olew môr dwfn. Mae ffibrau PBO a ddefnyddir mewn cyrff trên cyflym nid yn unig yn lleihau pwysau'r cerbyd ond hefyd yn cynyddu ei gryfder. Gan ddefnyddio ymwrthedd cemegol ffibrau PBO, gellir gwneud dillad amddiffynnol amrywiol sy'n gwrthsefyll cyrydiad. Mewn awyrofod, 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 dymereddau cosmig o -10 gradd i 460 gradd, gellir eu defnyddio hefyd fel deunyddiau ar gyfer balwnau canfod sy'n gwrthsefyll gwres. Mewn hwylio cystadleuaeth chwaraeon, mae hwyliau'n cael eu gwneud yn bennaf o ddeunyddiau tenau tebyg i blât ffibr-modwlws cryfder uchel. Er mwyn lleihau anffurfiad pan fydd yr hwyliau'n cael eu chwythu gan y gwynt, rhaid ceisio'r ffibrau PBO modwlws uchaf ar gyfer gwneud hwyliau hwylio cystadleuol. 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, a beiciau rasio.
Gall ymchwil technoleg allweddol a datblygu a diwydiannu ffibrau PBO alluogi Tsieina i dorri'n rhydd o reolaeth a monopoli hirdymor technoleg dramor, cychwyn 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, mae gan eu cynnyrch ffibr PBO pen uchel gryfder o 5.8 GPa (a adroddir fel 5.2 GPa yn yr Almaen), modwlws o 180 GPa, sef yr uchaf ymhlith ffibrau cemegol presennol; gall wrthsefyll tymheredd hyd at 600 gradd, gyda mynegai ocsigen cyfyngol o 68, ac nid yw'n llosgi nac yn crebachu mewn fflamau, gan arddangos 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.
Cymhariaeth perfformiad PBO â ffibrau perfformiad uchel eraill:
Fel y gwelir o'r tabl, mae ffibrau PBO yn arddangos cryfder uwch, modwlws, ymwrthedd gwres, ac arafu fflamau. Yn nodedig, mae cryfder ffibrau PBO nid yn unig yn well na ffibrau dur ond hefyd yn fwy na ffibrau carbon. Yn ogystal, mae ffibrau PBO yn rhagori mewn ymwrthedd effaith, ymwrthedd crafiad, a sefydlogrwydd dimensiwn. Maent hefyd yn ysgafn ac yn hyblyg, gan eu gwneud yn ddeunydd crai tecstilau delfrydol.
Mae PBO, fel ffibr uwch-berfformiad yr 21ain ganrif, yn meddu ar briodweddau ffisegol a mecanyddol eithriadol o ragorol yn ogystal â phriodweddau cemegol. Mae ei gryfder a'i fodwlws ddwywaith yn fwy na ffibrau Kevlar ac mae hefyd yn rhannu ymwrthedd thermol ac arafu fflamau ffibrau meta-aramid. Ar ben hynny, mae ei briodweddau ffisegol a chemegol yn perfformio'n well na ffibrau Kevlar yn llwyr, sydd hyd yn hyn wedi arwain maes ffibrau perfformiad uchel. Gall ffilament PBO sengl â diamedr o 1 milimedr godi pwysau o 450 cilogram, sy'n fwy na deg gwaith cryfder ffibrau dur.
Addasiad 4.Surface o ffibrau PBO
Mae gwella TIFSS (Cryfder Cneifio Rhyngwyneb) rhwng ffibrau PBO a'r matrics resin yn gwella, ond gall gormodedd o gyfryngau cyplu arwain at haen groesgysylltu mwy trwchus o'r asiant cyplu, sydd yn ei dro yn lleihau TIFSS. Mae effaith ysgythru plasma ar yr wyneb ffibr yn gweithredu'n bennaf ar yr asiant cyplu, gan alluogi ffurfio haen croesgysylltu wedi'i impio. Mae'r haen asiant cyplu hon yn darparu amddiffyniad penodol i'r ffibrau, felly nid yw'r dirywiad yn σ (cryfder) ffibrau PBO yn arwyddocaol.
Gellir dadansoddi mai'r amodau gorau posibl ar gyfer y broses gyfunol o addasu ag asiantau cyplu a phlasma yw: cynnwys asiant cyplu A-187 ar 2%, amser triniaeth plasma tymheredd isel argon am 2 funud, pwysau o 50Pa , a phŵer ar 30W. Ymhlith yr asiantau cyplu a ddewiswyd, mae 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 cynnwys A-187 yn 2%, a'r amodau triniaeth plasma tymheredd isel argon yn 2min, 30W, a 50Pa, gall ΓIFSS (Cryfder Cneifio Rhyngwyneb) y ffibr PBO wedi'i addasu gyrraedd mor uchel â 10.44 MPa. Mae hyn yn cynrychioli cynnydd o 52% o'i gymharu â defnyddio'r cyfrwng cyplu A-187 yn unig ar gyfer addasu a chynnydd o 78% o gymharu â ΓIFSS y ffibr gwreiddiol. Mae gwlybedd ffibrau PBO hefyd wedi'i wella'n fawr.
(2) Ar gyfer ffibrau PBO a addaswyd gan argon plasma tymheredd isel ynghyd ag asiant cyplu, nid yw'r dirywiad yn ΓIFSS dros amser yn sylweddol; nid yw'r cynnydd yn yr ongl gyswllt hefyd yn sylweddol, gan ddangos tueddiad tuag at sefydlogrwydd gyda thueddiad ar i lawr bach. Felly, 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 baratoi trwy polycondwysedd hydoddiant o 4,6-hydroclorid diaminoresorcinol (DAR·HCl) ag asid tereffthalig gan ddefnyddio asid polyffosfforig (PPA) fel toddydd. Fel arall, gellir ei syntheseiddio gan ddefnyddio dadhydradu P2O5 ar gyfer polycondwysedd. Mae PPA yn gwasanaethu fel toddydd ac fel catalydd ar gyfer aml-dwysedd.
Mae synthesis monomer diamino resorcinol wedi'i ddatblygu'n llwyddiannus gan Gwmni Cemegol Dow America, gan ddechrau gyda triclorobenzene fel y deunydd crai. Mae'r dull hwn yn osgoi cynhyrchu isomerau yn ystod y broses synthesis, gan gynhyrchu cyfradd adennill uchel, sy'n chwarae rhan arwyddocaol yn y cynhyrchiad diwydiannol PBO.
Mae dop polymer yn cael ei nyddu gan ddefnyddio'r dull troelli sych-gwlyb, ac yna golchi a sychu. Pan fydd yr ateb nyddu yn cael ei ddiddymu i ffurfio crisialau hylif a defnyddir nyddu crisial hylifol, gall ffurfio strwythur cadwyn estynedig. Mae'r ffibr troelli cychwynnol (math safon ffibr AS) eisoes yn meddu ar gryfder o dros 3.53N/tex a modwlws elastig o dros 10.84N/tex. Er mwyn cynyddu'r modwlws, gellir cynnal triniaeth wres ar tua 600 gradd, gan arwain at ffibr modwlws uchel (math modwlws ffibr-uchel HM) gyda modwlws yn cyrraedd 176.4N/tex tra'n cynnal yr un cryfder.
6.Applications
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; cydrannau gwella ar gyfer taflegrau balistig a deunyddiau cyfansawdd; aelodau tensiwn a ffilmiau amddiffynnol ar gyfer ceblau ffibr optig; ffibrau atgyfnerthu ar gyfer gwifrau gwresogi trydan, ceblau 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 rasio, ac ati; 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; deunyddiau gwella 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 blaen ffwrnais a gweithrediadau weldio; dillad amddiffynnol ar gyfer ymwrthedd toriad, menig diogelwch, ac esgidiau diogelwch; siwtiau gyrrwr car rasio, siwtiau joci; dillad chwaraeon amrywiol ac offer chwaraeon egnïol; siwtiau peilot Carrace; offer gwrth-dorri, ac ati.
(4) Mae cymwysiadau ffibrau byr yn bennaf ar gyfer ffelt pad clustogi gwrthsefyll gwres a ddefnyddir mewn prosesu allwthio alwminiwm; deunyddiau hidlo sy'n gwrthsefyll gwres ar gyfer hidlo tymheredd uchel; gwregysau amddiffyn thermol, ac ati.