1.Þróunarsaga
PBO var fundið upp af vísindamönnum í loftaflsþróun frá bandaríska flughernum. Grunneinkaleyfið fyrir pólýbensoxazól var upphaflega í eigu Stanford Research Institute (SRI) við Stanford háskólann í Bandaríkjunum. Síðar fékk Dow Chemical Company leyfi og þróaði PBO í iðnaði, en bætti einnig upprunalegu nýmyndunaraðferð einliða. Nýja ferlið framleiddi nánast engar ísómerískar aukaafurðir, jók afrakstur tilbúnu einliða og lagði grunninn að iðnvæðingu. Árið 1990 keypti Toyobo Co., Ltd. í Japan PBO einkaleyfistæknina frá Dow Chemical Company. Árið 1991 þróaði Dow-Badische Fibers Inc. PBO trefjar á búnaði Toyobo Co., Ltd., sem jók styrk og stuðul PBO trefja verulega í tvöfalt meiri en PPTA trefjar. Árið 1994, með leyfi frá Dow-Badische Fibers Inc., fjárfesti Toyobo Co., Ltd. 3 milljarða japanskra jena til að byggja upp framleiðslulínu með árlegri framleiðslu upp á 400 tonn af PBO einliða og 180 tonnum af spuna. Vorið 1995 hófst vélræn framleiðsla að hluta og árið 1998 var framleiðslugetan komin í 200 tonn á ári, með viðskiptaheitinu Zylon. Samkvæmt þróunaráætlun Toyobo fyrir Zylon var gert ráð fyrir að framleiðslugetan yrði 380 tonn á ári árið 2000, 500 tonn á ári árið 2003 og 1000 tonn á ári árið 2008. Sem stendur er Toyobo Co., Ltd. eina fyrirtækið í heimurinn sem getur framleitt PBO trefjar í atvinnuskyni.
2. Horfur á þróun PBO trefja
Á undanförnum árum hafa þróuð lönd og svæði eins og Evrópu, Ameríka og Japan mikið notað hágæða trefjastyrkt samsett efni í byggingarsviðum háhýsa, stórra brýr og sjávarverkfræði. Með því að gegndreypa trefjadúk með epoxýplastefni og festa það við steypuyfirborðið er hægt að bæta verulega burðargetu og jarðskjálftaþol upprunalegu byggingarinnar. Þar að auki, í brúargerð, er ekki hægt að nota stálstrengi fyrir lengri brýr vegna eigin þyngdar. Þess í stað er val um léttari og sterkari snúrur. Kaplar úr PBO trefjum, sem hafa mikinn styrk, góðan víddarstöðugleika, eru besti kosturinn.
PBO trefjar koma smám saman í stað hefðbundinna asbestefna á sviði hitaþolinna efna og eru nú að kanna notkun undir 350 gráðu til að skipta um logavarnarefni eins og arómatísk pólýamíð. Yfir 350 gráður koma þeir í stað ólífrænna trefja eins og ryðfríu stáli eða keramiktrefjum. Þar sem ólífrænar trefjar eru harðari og viðkvæmar fyrir rispum sem hafa áhrif á frammistöðu þeirra, hafa PBO trefjar tilhneigingu til að sigrast á þessum göllum. Áður var hitaþol lífrænna trefja ófullnægjandi (aðallega undir 400 gráður), sem takmarkaði notkunarþróun þeirra. Hins vegar hafa PBO trefjar niðurbrotshitastig 650 gráður, það hæsta meðal allra lífrænna trefja. Þess vegna er algjörlega mögulegt að skipta út lífrænum trefjum fyrir PBO trefjar í notkun yfir 350 gráðu þar sem lífrænar trefjar voru áður erfiðar í notkun og víkka þannig út og þróa notkun PBO trefja hitaþolinna efna.
Alþjóðlegar rannsóknir benda til þess að PBO trefjar hafi mörg forrit á öðrum sviðum eins og rafmagns einangrunarefni, gervihnattaskynjun, létt efni, bílaiðnaðinn og þróun djúpsjávarolíusviða. PBO trefjar sem notaðar eru í háhraða lestarhúsum draga ekki aðeins úr þyngd ökutækisins heldur auka styrk þess. Með því að nýta efnaþol PBO trefja er hægt að búa til ýmis tæringarþolinn hlífðarfatnað. Í geimferðum, til að draga úr takmörkuðu álagi, eru PBO trefjar hentugar til að búa til festingar og ól sem notuð eru í geimnum. Á bilinu geimhitastig frá -10 gráðu til 460 gráður er einnig hægt að nota þau sem efni fyrir hitaþolnar skynjunarblöðrur. Í íþróttakeppnissiglingum eru segl aðallega framleidd úr plötulíkum þunnum efnum sem eru mjög sterkir og trefjastaðir. Til að lágmarka aflögun þegar seglin fjúka af vindi verður að leita að PBO trefjum með hæsta stuðul til að búa til samkeppnissiglingar. Miðað við frábæra vélræna eiginleika PBO trefja eru þeir einnig bestu efnin til að framleiða golfkylfur, tennisspaða, skíðastafa, skíðabretti, brimbretti, bogastrengi og kappreiðarhjól.
Lykiltæknirannsóknir og þróun og iðnvæðing PBO trefja getur gert Kína kleift að losna við langtímastjórn og einokun erlendrar tækni, fara á braut sjálfstæðrar nýsköpunar, bjartra horfa og víðtækrar beitingar innlendrar og stórfelldrar þróunar. af PBO trefjum. Þetta mun stuðla að þróun og sjálfbærri notkun á afkastamiklum PBO efnum í flug-, landvarna-, hernaðar- og borgaralegum iðnaði Kína.
3.Fiber Eiginleikar
Samkvæmt Toyobo skýrslum hefur hágæða PBO trefjavara þeirra styrkleika 5,8 GPa (tilkynnt sem 5,2 GPa í Þýskalandi), stuðullinn 180 GPa, sem er hæsti meðal núverandi efnatrefja; það þolir hitastig allt að 600 gráður, með takmarkandi súrefnisvísitölu 68, og brennur ekki eða minnkar í logum, sýnir meiri hitaþol og logavarnarefni en nokkur önnur lífræn trefjar. Það er aðallega notað fyrir hitaþolinn iðnaðartextíl og trefjastyrkt efni.
Samanburður á afköstum PBO við aðrar hágæða trefjar:
Eins og sjá má af töflunni sýna PBO trefjar yfirburða styrk, stuðul, hitaþol og logavarnarefni. Athyglisvert er að styrkur PBO trefja er ekki aðeins meiri en stáltrefja heldur einnig meiri en koltrefja. Að auki skara PBO trefjar fram úr í höggþol, slitþol og víddarstöðugleika. Þau eru líka létt og sveigjanleg, sem gerir þau að kjörnu textílhráefni.
PBO, sem ofurframmistöðu trefjar 21. aldarinnar, hefur einstaklega framúrskarandi eðlis- og vélræna eiginleika sem og efnafræðilega eiginleika. Styrkur þess og stuðull er tvöfalt meiri en Kevlar trefja og hann deilir einnig hitaþoli og logavarnarþoli meta-aramíð trefja. Þar að auki eru eðlis- og efnafræðilegir eiginleikar þess algjörlega betri en Kevlar trefjar, sem hingað til hafa leitt á sviði hágæða trefja. Einn PBO þráður með þvermál 1 millimetra getur lyft þyngd upp á 450 kíló, sem er meira en tíu sinnum styrkur stáltrefja.
4.Yfirborðsbreyting á PBO trefjum
Aukning á TIFSS (Interfacial Shear Strength) milli PBO trefja og resin fylkisins batnar, en of mikið af tengiefnum getur leitt til þykkara þvertengingarlags tengiefnisins, sem aftur dregur úr TIFSS. Ætunaráhrif plasma á trefjayfirborðið verkar fyrst og fremst á tengimiðilinn, sem gerir myndun ágrædds þvertengingarlags kleift. Þetta tengiefnislag veitir trefjum ákveðna vernd, þannig að lækkun á σ (styrk) PBO trefja er ekki marktæk.
Það er hægt að greina að ákjósanlegustu skilyrðin fyrir sameinað ferli umbreytinga með tengiefnum og plasma eru: innihald A-187 tengiefnis við 2%, argon lághita plasmameðferðartími í 2 mínútur, þrýstingur við 50Pa , og afl við 30W. Meðal valinna tengiefna hefur A-187 best áhrif til að bæta IFSS milli PBO trefja og epoxýplastefnis, með ákjósanlegu innihaldi upp á 2%.
(1) Þegar innihald A-187 er 2% og argon lághita plasmameðferðarskilyrði eru 2mín, 30W og 50Pa, getur ΓIFSS (Interfacial Shear Strength) breyttra PBO trefja náð allt að 10,44 MPa. Þetta samsvarar 52% aukningu miðað við að nota aðeins A-187 tengimiðilinn til að breyta og 78% aukningu miðað við ΓIFSS upprunalegu trefjarins. Bætanleiki PBO trefja hefur einnig verið mjög bættur.
(2) Fyrir PBO trefjar sem breyttar eru með argon lághitaplasma ásamt tengimiðli er lækkun ΓIFSS með tímanum ekki marktæk; aukningin á snertihorninu er heldur ekki veruleg, sem sýnir tilhneigingu til stöðugleika með örlítið niður á við. Þess vegna eru niðurbrotsáhrif PBO trefja breytt með argon lághita plasma ásamt tengiefni ekki áberandi.
5.Undirbúningur
PBO er framleitt með lausnarfjölþéttingu 4,6-díamínóresorsínólhýdróklóríðs (DAR·HCl) með tereftalsýru með því að nota fjölfosfórsýru (PPA) sem leysi. Að öðrum kosti er hægt að búa það til með því að nota P2O5 þurrkun fyrir fjölþéttingu. PPA þjónar bæði sem leysir og sem hvati fyrir fjölþéttingu.
Nýmyndun einliða díamínóresorsínóls hefur verið þróað með góðum árangri af American Dow Chemical Company, byrjað með tríklórbensen sem hráefni. Þessi aðferð kemur í veg fyrir myndun myndbrigða meðan á myndun ferlið stendur, sem skilar háu endurheimtarhlutfalli, sem gegnir mikilvægu hlutverki í iðnaðarframleiðslu PBO.
Polymer dope er spunnið með þurrblautu spunaaðferðinni, fylgt eftir með þvotti og þurrkun. Þegar spunalausnin er leyst upp til að mynda fljótandi kristalla og fljótandi kristalsnúningur er notaður, getur það myndað útbreidda keðjubyggingu. Upphafsspunnu trefjarnar (AS-trefjastöðluð gerð) eru nú þegar með styrk sem er yfir 3,53N/tex og teygjustuðull yfir 10,84N/tex. Til að auka stuðulinn er hægt að framkvæma hitameðhöndlun við um 600 gráður, sem leiðir til trefja með háum stuðli (HM fiber-high modulus gerð) með stuðull sem nær 176,4N/tex á meðan sama styrk er viðhaldið.
6.Umsóknir
PBO trefjar einkennast af frábæru hitaþoli, miklum styrk og háum stuðli, sem gerir þær víða nothæfar.
(1) Notkun þráða felur í sér styrkingarefni fyrir gúmmívörur eins og dekk, færibönd og slöngur; styrkingarefni fyrir ýmis plast og steinsteypu; aukahlutir fyrir eldflaugar og samsett efni; spennuhlutar og hlífðarfilmur fyrir ljósleiðara; styrktartrefjar fyrir rafhitunarvíra, heyrnartólsnúrur og aðra sveigjanlega víra; háspennuefni fyrir reipi og snúrur; hitaþolin síuefni fyrir háhitasíun; hlífðarbúnaður fyrir flugskeyti og byssukúlur, skotheld vesti, skotheldir hjálma og afkastamikinn flugbúning; íþróttabúnaður fyrir tennis, hraðbáta, kappakstursbáta o.s.frv.; hágæða hátalaraþindir, ný samskiptaefni; loftrýmisefni o.fl.
(2) Notkun hakkaðra trefja og kvoða felur í sér styrkingartrefjar fyrir núningsefni og þéttingarþéttingar; aukaefni fyrir ýmis kvoða og plastefni o.fl.
(3) Notkun garns felur í sér slökkvifatnað; hitaþolinn vinnufatnaður fyrir ofnaframhlið og suðuaðgerðir; hlífðarfatnaður fyrir skurðþol, öryggishanskar og öryggisskór; kappakstursbílstjórabúningur, jakkaföt; ýmiss konar íþróttafatnaður og virkur íþróttabúnaður; Carrace flugmannabúningur; skurðvarnarbúnaður o.fl.
(4) Notkun stuttra trefja er aðallega fyrir hitaþolinn stuðpúðafilt sem notaður er í álpressuvinnslu; hitaþolin síuefni fyrir háhitasíun; hitavarnarbelti o.fl.