1. Vystymosi istorija
PBO išrado JAV oro pajėgų aerodinamikos tyrinėtojai. Pagrindinis polibenzotiazolo patentas priklausė Stanfordo tyrimų institutui (SRI) JAV. Vėliau „Dow Chemical Company“ gavo licenciją ir pramoniniu būdu sukūrė PBO, o taip pat patobulino originalų monomerų sintezės metodą. Naujasis procesas beveik nesukūrė izomerinių šalutinių produktų, padidindamas susintetintų monomerų išeigą ir padėdamas pagrindus industrializacijai. 1990 m. Japonijos „Toyobo Co.“ įsigijo PBO patento technologiją iš „Dow Chemical“. 1991 m. Dow-Badische Textile Company sukūrė PBO pluoštą ant Toyobo įrangos, žymiai padidindama PBO pluošto stiprumą ir modulį iki dvigubai didesnio nei PPTA pluošto. 1994 m., gavęs Dow-Badische Textile Company leidimą, Toyobo investavo 3 milijardus jenų, kad sukurtų gamybos liniją, galinčią pagaminti 400 tonų per metus PBO monomerų ir 180 tonų per metus verpimo. Dalinė mechanizuota gamyba prasidėjo 1995 m. pavasarį, o iki 1998 m. gamybos pajėgumai pasiekė 200 tonų per metus, gaminant produktą pavadinimu Zylon. Remiantis „Toyobo“ Zylon plėtros planu, iki 2000 m. gamybos pajėgumai turėtų pasiekti 380 tonų per metus, 2003 m. – 500 tonų per metus, o iki 2008 m. – 1000 tonų per metus. Šiuo metu „Toyobo“ išlieka vienintelė įmonė pasaulyje, galinti komerciškai. gamina PBO pluoštą.
2.PBO pluoštų plėtros perspektyvos
Pastaraisiais metais aukštos kokybės pluošto kompozitinės armatūros medžiagos buvo plačiai naudojamos statybos srityse, tokiose kaip aukštybiniai pastatai, dideli tiltai ir jūrų inžinerija išsivysčiusiose šalyse ir regionuose, tokiuose kaip Europa, Amerika ir Japonija. Impregnuojant pluoštinį audinį epoksidine derva ir priklijuojant prie betono paviršiaus, galima žymiai padidinti pradinės konstrukcijos laikomąją galią ir atsparumą žemės drebėjimui. Be to, statant tiltus plieniniai trosai negali būti naudojami ilgesniems tiltams dėl savo svorio. Vietoj to, pirmenybė teikiama lengvesniems ir stipresniems laidams. Geriausias pasirinkimas yra kabeliai, pagaminti iš PBO pluošto, pasižymintys dideliu specifiniu stiprumu ir geru matmenų stabilumu. PBO pluoštai pamažu pakeičia tradicines asbesto medžiagas karščiui atsparių medžiagų srityje ir šiuo metu tiria galimybę pakeisti aromatinius poliamidus ir kitus antipirenus pluoštus žemesnėje nei 350 laipsnių temperatūroje. Esant aukštesnei nei 350 laipsnių temperatūrai, jie pakeičia nerūdijančio plieno pluoštus arba keramikos pluoštus ir kitus neorganinius pluoštus. Kadangi neorganiniai pluoštai yra gana kieti ir gali subraižyti, turinčius įtakos jų veikimui, PBO pluoštai gali įveikti neorganinių pluoštų trūkumus. Anksčiau organinių pluoštų atsparumas karščiui buvo nepakankamas (dažniausiai žemesnis nei 400 laipsnių), o tai ribojo jų pritaikymo plėtrą. Tačiau PBO pluošto skilimo temperatūra yra iki 650 laipsnių, tai yra aukščiausia tarp visų organinių pluoštų. Todėl visiškai įmanoma pakeisti organinių pluoštų naudojimą aukštesnėje nei 350 laipsnių temperatūroje PBO pluoštais, taip plečiant ir plėtojant PBO pluošto karščiui atsparių medžiagų pritaikymą. Tarptautiniai tyrimai rodo, kad PBO pluoštai turi daug potencialių pritaikymų kitose srityse, tokiose kaip elektros izoliacinės medžiagos, palydovų aptikimas, lengvos medžiagos, automobilių pramonė ir giliavandenių naftos telkinių plėtra. Kaip greitųjų traukinių korpuso medžiaga, PBO pluoštai ne tik sumažina kūno svorį, bet ir padidina jo stiprumą. Išnaudojant PBO pluošto cheminį atsparumą, galima pagaminti įvairius korozijai atsparius apsauginius drabužius. Kosmoso tyrinėjimams, siekiant sumažinti ribotą naštą, PBO pluoštai tinka kosmose naudojamoms tvirtinimo detalėms ir diržams gaminti. Kosminės erdvės aplinkos temperatūrų diapazone nuo -10 laipsnio iki 460 laipsnių, jis taip pat gali būti naudojamas kaip karščiui atsparių aptikimo balionų medžiaga. Sportinio buriavimo varžybose burės daugiausia gaminamos iš lakštinių plonų plokščių, pagamintų iš didelio stiprumo ir didelio modulio pluoštų. Siekiant sumažinti burių deformaciją veikiant vėjui, lenktyninėms burėms gaminti reikia ieškoti didžiausio modulio PBO pluoštų. Dėl puikių mechaninių PBO pluoštų savybių jie taip pat yra geriausios medžiagos gaminant golfo lazdas, teniso raketes, slidinėjimo lazdas, slidžių lentas, banglentes, šaudymo iš lanko stygas ir dviračių lenktynių ratus. Pagrindiniai PBO pluoštų technologijų tyrimai ir plėtra bei industrializacija gali leisti Kinijai išsivaduoti iš ilgalaikės užsienio technologijų kontrolės ir monopolio ir pradėti nepriklausomų inovacijų, šviesių perspektyvų ir plataus vidaus ir didelio masto plėtros kelią. PBO skaidulų. Tai prisidės prie didelio efektyvumo PBO medžiagų kūrimo ir tvaraus naudojimo Kinijos aviacijos, nacionalinės gynybos, karinės ir civilinės pramonės srityse.
3. Pluošto savybės
Remiantis „Toyobo“ ataskaitomis, jos aukščiausios klasės PBO pluošto gaminio stiprumas yra 5,8 GPa (Vokietijoje – 5,2 GPa), o modulis – 180 GPa, didžiausias tarp esamų cheminių pluoštų; Jis gali atlaikyti iki 600 laipsnių temperatūrą, o jo ribinis deguonies indeksas yra 68, jis nedega ir nesitraukia liepsnoje, demonstruoja didesnį atsparumą karščiui ir atsparumą ugniai nei bet kuris kitas organinis pluoštas. Jis daugiausia naudojamas karščiui atspariai pramoninei tekstilei ir pluoštu sustiprintoms medžiagoms.
PBO palyginimas su kitais aukštos kokybės pluoštais: PBO pluošto stiprumas, modulis, atsparumas karščiui ir antipirenas, ypač jo stiprumas, ne tik viršija plieno pluošto, bet ir anglies pluošto. Be to, PBO pluoštas pasižymi puikiu atsparumu smūgiams, dilimui ir matmenų stabilumu, yra lengvas ir minkštas, todėl yra itin ideali tekstilės žaliava.
PBO, kaip itin našus XXI amžiaus pluoštas, pasižymi išskirtinėmis fizinėmis, mechaninėmis ir cheminėmis savybėmis. Jo stiprumas ir modulis yra du kartus didesnis nei kevlaro pluošto, taip pat pasižymi metaaramidinių pluoštų atsparumu karščiui ir antipirenu, o bendros fizinės ir cheminės savybės visiškai pranoksta kevlaro pluošto, kuris pirmauja didelio našumo srityje. skaidulų. Vienas 1 milimetro skersmens PBO siūlas gali pakelti 450 kilogramų svorį, o tai daugiau nei dešimt kartų viršija plieninės vielos pluošto stiprumą.
4.PBO skaidulų paviršiaus modifikavimas.
Sąsajos šlyties stiprumas (IFSS) tarp PBO pluoštų ir dervos matricos gali būti padidintas, tačiau per didelis jungiamosios medžiagos kiekis gali sukelti storą jungiamosios medžiagos skersinį sluoksnį, o tai savo ruožtu sumažina IFSS. Plazminis ėsdinimas ant pluošto paviršiaus pirmiausia veikia jungiamąją medžiagą, suformuojant skiepytą skersinį sluoksnį, kuris suteikia tam tikrą pluoštų apsaugą, todėl PBO pluoštų σ sumažėjimas nėra reikšmingas. Analizė rodo, kad optimalios sąlygos kombinuotam sukabinimo agento ir plazmos modifikavimo procesui yra: A-187 jungiamojo agento kiekis esant 2%, argono žemos temperatūros plazmos apdorojimo laikas 2 min., slėgis esant 50 Pa ir galia 30 W. Iš pasirinktų jungiamųjų medžiagų A-187 tipas geriausiai pagerina IFSS tarp PBO pluošto ir epoksidinės dervos, kurio optimalus kiekis yra 2%. (1) Kai A-187 kiekis yra 2%, o argono žemos temperatūros plazmos apdorojimo sąlygos yra 2 min., 30 W ir 50 Pa, modifikuotų PBO skaidulų IFSS gali siekti iki 10,44 MPa, o tai yra 52 % daugiau, palyginti su tik A-187 jungiamosios medžiagos naudojimu modifikavimui, ir 78 % daugiau, palyginti su originalių pluoštų IFSS. Taip pat žymiai pagerėjo PBO pluoštų drėkinamumas. (2) PBO pluoštų, modifikuotų argono žemos temperatūros plazma kartu su jungiamąja medžiaga, IFSS sumažėjimas laikui bėgant nėra reikšmingas; kontaktinio kampo padidėjimas taip pat nėra reikšmingas, rodantis tendenciją stabilumo link, ir net nežymi mažėjimo tendencija. PBO skaidulų, modifikuotų argono žemos temperatūros plazma kartu su jungiamąja medžiaga, skilimo poveikis nėra ryškus.
5.Pasiruošimas
PBO sintetinamas tirpalu polikondensuojant 4,6-diaminorezorcinolio dihidrochloridą (taip pat žinomą kaip DAR·2HCl) su tereftalio rūgštimi polifosforo rūgšties (PPA) tirpiklyje arba dehidratuojant naudojant P2O5. PPA tarnauja ir kaip tirpiklis, ir kaip polikondensacijos katalizatorius. Monomero DAR·2HCl sintezę sėkmingai sukūrė Dow Chemical Company Jungtinėse Amerikos Valstijose, pradėdama nuo trichlorbenzeno kaip žaliavos. Šis metodas leidžia išvengti izomerų susidarymo sintezės metu, todėl gaunamas didelis derlius ir jis vaidina svarbų vaidmenį pramoninėje PBO gamyboje. Polimerinis tirpalas gręžiamas sauso ir šlapio verpimo būdu, po to plaunamas ir džiovinamas. Ištirpus iki skystųjų kristalų savybių, naudojant skystųjų kristalų verpimą, gali susidaryti išplėstinė grandinės struktūra, kai pradinio susukto pluošto (AS pluošto – standartinio tipo) stiprumas yra didesnis nei 3,53 N/tex, o tamprumo modulis didesnis kaip 10,84 N/ teks. Norint pagerinti modulį, terminis apdorojimas gali būti atliekamas maždaug 600 laipsnių, todėl gaunamas didelio modulio pluoštas (HM pluoštas – didelio modulio tipas), kurio modulis yra iki 176,4 N/tex, išlaikant tą patį stiprumą.
6.Aplikacija
PBO pluoštai pasižymi puikiu atsparumu karščiui, dideliu stiprumu ir dideliu moduliu, todėl yra plačiai naudojami.
(1) Kaitinamųjų siūlų panaudojimas apima armuojančias medžiagas, skirtas guminiams gaminiams, pvz., padangoms, konvejerio juostoms ir žarnoms; įvairių plastikų ir betono armavimo medžiagos; Balistinių raketų ir kompozicinių medžiagų stiprinimo komponentai; Šviesolaidinių kabelių įtempimo elementai ir apsauginės membranos; Armatūriniai elektros laidų, ausinių laidų ir kitų lanksčių laidų pluoštai; didelio tempimo medžiagos lynams ir trosams; karščiui atsparios filtravimo medžiagos aukštos temperatūros filtravimui; raketų ir kulkų apsauginė įranga, neperšaunamos liemenės, neperšaunami šalmai ir didelio našumo skrydžio kostiumai; teniso, greitaeigių katerių, lenktyninių jachtų sporto įranga; aukštos kokybės garsiakalbių diafragmos, naujos komunikacijos medžiagos; aviacijos ir kosmoso medžiagos ir kt.
(2) Smulkintų pluoštų ir plaušienos panaudojimas apima armuojančius pluoštus, skirtus frikcinėms medžiagoms ir sandarinimo tarpiklius; pagerinančios medžiagos įvairioms dervoms ir plastikams ir kt.
(3) Verpalų panaudojimas apima gaisro gesinimo drabužius; karščiui atsparūs darbo drabužiai, skirti tvarkyti išlydytą metalą, pavyzdžiui, liejyklų ir suvirintojų drabužiai; Apsauginiai drabužiai, apsaugantys nuo pjūvio, apsauginės pirštinės ir apsauginiai batai; lenktyninių automobilių vairuotojo kostiumai, žokėjo apranga; įvairi sportinė apranga ir aktyvaus sporto apranga; Carrace pilotų kostiumai; apsaugos nuo pjovimo įranga ir kt.
(4) Trumpo pluošto panaudojimas daugiausia apima karščiui atsparias buferines veltinio pagalvėles, skirtas aliuminio ekstruzijos apdorojimui; karščiui atsparios filtravimo medžiagos aukštos temperatūros filtravimui; šiluminės apsaugos diržai ir kt.