PBO纤维的开发与应用进展

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PBO纤维发展概况与应用前景

PBO纤维发展概况与应用前景

PBO纤维发展概况与应用前景随着技术的不断发展和人们对环境友好材料的需求增加,PBO(聚对苯二酰乙烯)纤维作为一种高性能、轻质、耐火、耐化学腐蚀和高温等特性的新型功能材料,逐渐受到人们的关注。

本文将从PBO纤维的发展概况和应用前景两方面进行阐述。

一、PBO纤维的发展概况PBO纤维是由聚对苯二酰乙烯单体经过拉伸加工制成的高强度纤维。

PBO纤维具有比强度高、耐高温、耐腐蚀和耐磨损等优良性能,被誉为“材料之王”,在军事、航空航天、汽车、能源、体育用品等领域具有广泛的应用前景。

PBO纤维的发展史可以追溯到20世纪60年代,当时日本东丽公司首次从聚对苯二酰乙烯合成单体中制备出了PBO纤维。

随着材料科学的不断发展和技术的进步,PBO纤维的生产工艺逐渐得到改良和完善,其性能也得到了进一步提升。

目前,PBO纤维已经成为一种独特的高性能材料,备受各行业关注。

二、PBO纤维的应用前景1.军事领域:PBO纤维具有高强度、高模量、耐热、耐腐蚀等优异性能,可以用于制造防弹衣、飞机翼和导弹外壳等军事装备,在提高作战效率和保障士兵安全方面具有重要意义。

2.航空航天领域:PBO纤维具有轻质、高强度和抗热性能,适合用于制造飞机结构部件、卫星材料等,可大幅减轻航空航天器的重量,提高其性能和安全性。

3.汽车工业:PBO纤维可用于制造汽车轮胎、制动系统、发动机舱盖等汽车部件,提高汽车的燃油效率和安全性,降低碳排放。

4.能源领域:PBO纤维具有耐高温、耐磨损等性能,可用于制造核电站和风力发电设备中的密封件、轴承等部件,提高设备的可靠性和耐久性。

5.体育用品领域:PBO纤维可以用于制造健身器材、运动鞋、网球拍等体育用品,提高产品的耐用性和性能,增加运动员的竞技优势。

总的来说,PBO纤维作为一种具有广泛应用前景的高性能材料,将在未来的科技领域发挥重要作用。

随着技术的不断进步和市场对高性能材料需求的增加,PBO纤维将会逐渐成为各个行业中不可或缺的材料之一,为人类社会的发展做出更大的贡献。

PBO纤维的开发及应用

PBO纤维的开发及应用
有 液 晶 纺 丝法 和静 电纺 丝 法 ; P B O纤 维 的 改性 方 法 主 要 有 化 学 处 理 法 、 共聚处理法 、 偶联剂 处理法 、 等 离 子
体处理法及辐射处理法 ; P B O纤维 主要应用于耐热性能材料及力学增强材料。我国 P B O纤维 的研究 开发应
注重产学研结合 , 从提高单体 4 , 6 一 二氨基 间苯二酚的纯度及 P B O的特性黏数 , 优化单体合成 、 聚合及纺 丝技
P B O, 之后 美 国空 军材 料研 究 室对 其 进行 研 发 , 并 由美 国道 化学 公 司负 责工 业 化 生 产 。1 9 9 1年 , 美
国道 化学 公 司 由于纺丝 技术 上 的障碍 开始 与 日本
燃 等特 性 , 且 几乎 对全 部有 机溶 剂及 碱有 稳定 性 。 但P B O纤维 存 在 压 缩 性 能 差 、 表 面惰 性 大 、 耐 紫
自2 0世 纪 6 0年代 起 , 随着 航 空航 天 和 火 箭
备 与性 能 、 P B O纤维 增 强 复合 材 料 的性 能和 应 用 进 行 了研 究 , 开发 了 P B O 的合 成 挤 出一 液 晶 纺 丝 的一体 化工 艺 , 制 得 了高相 对分 子质 量 的 P B O 聚 合物 , 并 在 国 内首 次 成 功 纺制 出性 能 优 良的 P B O 纤维 , 但 是离 工业 化生 产还 有一定 距 离 。 P B O纤维 具 有 高 强 度 、 高模 量 、 耐 高 温 及 阻
综 述 与 专 论
C 合 H I N 成 A 纤 S Y N 维 T H E 工 T I C 业 F , I B 2 0 E 1 R 7 , 4 I N 0 D ( U 3 S ) T : R 5 Y 6

pbo纤维化学式 -回复

pbo纤维化学式 -回复

pbo纤维化学式-回复
摘要:
1.主题介绍:PBO纤维的化学式
2.PBO纤维的性质和应用
3.PBO纤维的发展前景
正文:
PBO纤维是一种高性能的合成纤维,其化学式为聚对苯撑苯并双噁唑。

这种纤维具有优异的力学性能、热稳定性和化学稳定性,因此在许多领域都有广泛的应用。

PBO纤维的性质主要表现在以下几个方面:
1.高强度:PBO纤维的强度高达6.0GPa,是钢的8倍,因此被广泛应用于高强度、高模量的结构材料。

2.高模量:PBO纤维的模量高达300GPa,是钢的4倍,使得其在受到外力时不容易变形。

3.耐高温:PBO纤维在高温下具有很好的稳定性,其耐热性可达400℃。

4.化学稳定性:PBO纤维具有很好的耐腐蚀性,对大部分酸、碱、盐等化学物质都有很好的抗性。

PBO纤维的应用领域非常广泛,主要包括以下几个方面:
1.航空航天:PBO纤维的高强度、高模量和低膨胀系数使其成为航空航天领域的理想材料。

2.汽车工业:PBO纤维可以用于制造汽车刹车盘、发动机零件等,以提高
汽车的安全性和性能。

3.电子设备:PBO纤维的耐高温性能使其成为制造电子设备散热件的理想材料。

4.体育用品:PBO纤维的高强度和低膨胀系数使其成为制造高尔夫球杆、网球拍等体育用品的理想材料。

随着科技的发展,PBO纤维在许多领域都有巨大的发展潜力。

例如,通过改性可以进一步提高PBO纤维的强度和模量,从而使其在更多领域得到应用。

PBO纤维的发展趋势

PBO纤维的发展趋势
PBO 纤维的发展趋势
1 PBO 纤维的概述 1.1 PBO 纤维简介
PBO 纤维是聚对苯撑苯并二噁唑(Poly-p-phenylene benzobisoxazole)纤维 的简称,是 20 世纪 70 年代美国为发展航天航空事业而开发的复合材料用增强 材料。至今为止,已商品化的 PBO 纤维只有日本东洋纺的“Zylon”(中文为柴 隆)。它是由 PBO 聚合物经过液晶纺丝技术制得的高性能纤维。高性能纤维中 有代表性的是有机刚性链的对位芳纶、有机柔性链的超高分子量聚乙烯纤维和 PBO 纤维。其中 PBO 纤维是强度和模量最高的纤维,被认为是 21 世纪超级纤 维,也是继 Kevlar 纤维开发成功以后,纤维技术领域的又一次突破。因其在 比强度、比模量、耐热性和阻燃性方面的特殊性能而被广泛应用。
与上海石化相比,中蓝晨光的PBO纤维产品稍显成熟稳定,其部分产品性能
已与东洋纺相近,如表2-1所示)。但是,单丝直径不及Zylon细,纤维表面不
及Zylon光滑。
表2-3 国内外厂家生产的PBO纤维性能对比
注:其中Zylon为东洋纺产品,ZLPBO为中蓝晨光产品,DHPBO为东华大学(上海石化)开发 中不燃烧、不收缩、非常柔软,可用于高性能 的消防服和炉前工作服、焊接工作服等处理熔融金属现场用的耐热工作服以及 军服。
3.3 增强材料及高性能帆布
利用 PBO 纤维高模量的特性,可用于光导纤维的增强。在橡胶增强领域, PBO 纤维可代替钢丝作为轮胎的增强材料,使轮胎轻量化,有助于节能。PB0 纤 维也可在密封垫片、胶管等橡胶制品、各种树脂、塑料、混凝土抗震水泥构件 和高性能同步传动带中作为增强纤维。利用 PBO 纤维的高强及高模量特性,可 用于绳索和缆绳等高拉力材料、光纤电缆承载构件、光缆的保护膜材料、桥梁 缆绳、航海运动帆船的主缆以及赛船用帆布。

高性能PBO纤维的开发和应用

高性能PBO纤维的开发和应用
NAVTEC 连续在世界各大赛事中 (America's Cup, Multihull, Open 60, Volvo, and Maxi boats) 对 其生产的各种 NAVTEC PBO 进行了 7 年的跟踪, 产品主要性能保持良好水平。 2.2.3 美国空军研究实验室用于特殊产业
收稿日期:2010-04-09 修回日期:2010-05-24 作者简介:李旭 (1963~),男,高级工程师,长期从事涤纶短纤维的 生产和研究开发工作。
180 t/a 纺丝生产线,并于 1995 年春开始投入部分 机械化生产,1998 年 PBO 的生产能力达到 200 t/a, 商品名为 Zylon。2003 年达到 500 t/a,2008 年达到 1 000 t/a [3]。现在日本东洋纺仍然是世界上唯一一家 可以进行商业化生产 PBO 纤维的公司。此外,荷 兰阿克苏诺贝尔公司纤维研究所和 DELF 大学于 1997 年合作开发了商品名为 M5 的新型 PBO 纤维, 但目前尚处在开发阶段 [4]。
232抗冲击防护服北京宇航通泰应用技术研究所特种纤维复合材料天津加工中心德国rbus公司中国总代理是从事高性能纤维应用产品研发生产与销售的高科技企业公司推出的p纤维防弹衣系列产品基于穿甲力学和创伤弹道生物力学的原理应用国外最新的p纤维软质防弹材料和国内先进技术采用该研究所独特的结构设计和制造新工艺不但能有效地防止不同级别弹头的贯穿同时能避免或显著地减轻人体受弹击时造成的非贯穿性损伤能完全吸收高能量子弹射入能量有效地防止子弹贯穿
国家尖端科技的发展水平,并成为一类具有战略意
义的材料资源。东洋纺生产的 Zylon 主要产品和规
格如表 1 所示。
表 1 东洋纺公司生产的 Zylon 主要产品和规格

PBO纤维发展概况与应用前景

PBO纤维发展概况与应用前景
纤维 , 称为 初生 丝 或 初 生 纤 维 ( S , 一 种 是 为 提 A )另
于其 他 任何 一种 有机 和无 机纤 维 , 冲击性 、 摩擦 耐 耐
性 和尺 寸稳 定性 均很 优异 , 且质 轻 而柔软 , 是理 并 也 想 的纺 织原料 。 由于 兼备 力 学 性 能 和 耐 高 温 、 燃 抗
余篇。
2 4
合 成 技 术 及 应 用
第2 5卷
目前热稳 定性 最 高 的有 机 纤 维 , 作 温 度 高 达 3 0 工 0

切 割性 较好 , 可作 为 良好 的保 护材料 。
50o 在 30o 0 C, 0 C空气 中 10h后 , 0 强度 保 持率 分
等两 种 特性 , 接近 于理 想 的超 纤 维 。P O纤 维 的缺 B
高弹性 模量 经 热处 理 后 的纺 丝 , 为高 模 丝 或 高 模 称 纤 维 ( M) B H 。P O纤 维是 继 K va 纤维 ( 夫 拉 , el r 凯 美
点是 耐 光性 差 , 紫 外线 照射 易影 响纤 维 的强度 , 受 因 此使 用 时应 避 光 。未 经 表 面 处 理 的 P O纤 维 复 合 B
12 热 稳定 性能 .
P O纤 维具 有优 良 的力 学 性 能 , 别 是 其 强 度 B 特 不 仅超 过钢 纤 维 , 且 可 凌 驾 于 碳 纤 维之 上 。在 力 而 学性 能 上 ,B P O纤 维 的 强度 及 弹性 模 量 约 为 对 位 芳 纶 纤维 的 2倍 , 其模 量 被 认 为是 直 链 高 分 子 聚 合 物 的极 限模 量 。一根 直径 为 1mm 的 P O细丝 可 吊起 B 4 0k 5 g的重 物 , 强 度 是钢 丝 纤 维 的 1 其 0倍 以上 , 是

PBO纤维及复合材料研究进展

张鹏 , :B 等 P O纤 维 及 复合 材 料 研 究 进 展
17 0
P O 纤 维 及 复 合 材 料 研 究 进 展 B
张 鹏 金 子 明 宫 平 郭忠 仁 钟蔚 华 曲志敏
2 03 ) 50 1 ( 中国兵器 工业集 团第 五三研究所 , 济南
摘要
关键词
介绍 了聚对 苯撑 苯并二恶唑( B 纤维 国内外研 究概况 , P O) 综述 了 P O纤维 复合 材料 的研 究概 况及应 用 B
标 , 属 目前有机和无机纤维之最 , 均 有着“ 纤维之王 ” 的美称 。
表 1为 Z l y n纤维与其它纤维 的性 能比较。 o
表 l P O纤 维 与 其 它纤 维 比较 B
华东理工大学 J浙江工业 大学 对 合成 P O的原料 D R 、 B A
进行 了研 究 ; 东华 大学 、 上海 交通大 学” 哈尔滨 工业 大 、 学 、 西安交通大学 、 同济大学 、 中国航 天科技集 团 四 院四十三所 和哈尔滨玻 璃钢 研究 所¨ 等 则对 P O 的 B
2 P O纤 维 发 展 概 况 B
纤维 种类
Z ln AS vo — Zvo — l n HM
拉伸 拉伸弹 密度/ 回潮 极限氧 分解温 强度/ 性模量/ g 指数/ Ga P Ga P e m 率/ % % 度/ ℃

合成工艺 、B P O纤维 的制 备与 性能 、 B P O纤维 增强 复合材 料
1 P O纤 维 性 能 B
国禁 销 , 且价格 昂贵。
2 2 国 内 P O 纤 维 发展 概 况 . B
我国的 P O研究 在 2 B 0世纪 9 0年代 已有报 道。吴平 平
等 主要研究 了由 D R合成 P O的缩 聚反应 , 对 P O进 A B 并 B 行性能表征 , 当时研究 的 P O的特性黏度为 1 . L g 成膜 B 14d / , 后拉伸强度仅为 I 0 G a 其性能远 未达到 K v r . P, 2 el 纤维 。由 a 于合 成 P O的原料 D R国内没有生产 , 口试剂价格 昂贵 , B A 进

PBO纤维的研究现状与发展(原创)


间苯二酚法
间苯二酚法是用发烟硝酸直接硝化间苯二酚的,用乙酸 乙酷重结晶,产率较低,仅为30%。 后来改用硝硫混酸做硝化剂,并在硝化时加入少量尿 素,硝化产率高达60%。此种方法以间苯二酚为原料, 首先将间苯二酚上的两个酚轻基用乙酞基保护起来, 然后硝硫混酸硝化,硝化产物经过乙酸乙酷的两次重 结晶,得到纯度较高的4,6-二硝基间苯二酚,最后用 氯化亚锡在盐酸溶液中还原并成盐,得到DAR。合成 路线如右图所示。这条路线有一个缺点就是硝化可以 在2,4,6位同时进行,2位硝化产物与硝化目标产物的分 离比较困难。
尺寸稳定性
PBO 纤维在无载荷的情况下热处理 30 min,热收缩只有 0.2 %;而相同情况下,p-amid 和 copoly-amid分别展现出 0.5 %和 0.7 %的收缩。由蠕变试验结果预测,当 Zylon HM 纤维的破坏应力为 60 N 时,失效时间为 19 年。
光电性能
目前只有少数研究者对PBO纤维光电性能进行了研究,Kim指出用常规的掺杂方法来提高PBO这一类 聚合物的电导率不太理想。Jenekhe与Wang合作用K+离子注入的方法提高此类高分子电导率,得到了令 人满意的结果。国内华东理工大学吴平平等人也用N+注入的方法对PBO进行表面处理,提出了苯并哇类聚 合物“受限”的“孤子-反孤子”的模型,用来解释离子掺杂不能有效提高此类聚合物电导率。
目前PBO以及单体合成中出现的问题 1、DAR结构中存在的酚羟基与氨基,非常容易发生氧化分解反应,空气中暴露几小时就会被氧 化,颜色变深。 2、PBO单体的合成与稳定成为PBO聚合过程中的非常关键的一个环节,成本与性能。 3、DAR盐酸盐,稳定性差、制备困难、成本高
东洋纺技术 PBO纤维的制备方法采用干喷湿纺法。纺丝溶剂可选用多聚磷 酸(PPA)和甲磺酸 (MSA)。Allen.S.R.等发现用MSA为纺丝溶 剂制得PBO原丝的相对分子质量很低,且有大量的孔洞,因而纤维 的力学性能很差。当用PPA为溶剂时,纤维具有优异的力学性能。 因此,东洋纺是将对苯二甲酸(TPA)和4,6-二氨基间苯二酚盐酸盐(DAR)在多聚磷酸(PPA)介 质内先脱氯化氢使单体活化,然后再聚合,得到一定相对分子质量和质量分数约为14%的聚合物溶液,经 过双螺杆挤出机,于180 ℃左右经喷丝板挤出,通过0.5~25 cm 的空气层后进入水或质量分数<30%磷 酸溶液的凝固浴中,拉伸比控制在15~20,经碱洗和水洗后得到原纤(AS);若要制备高抗拉模量纤维, 可将初生丝在张力下500~600 ℃左右进行热处理(HM)

PBO纤维表面改性的研究进展文献综述

文献综述PBO纤维表面改性的研究进展摘要:综述了PBO纤维的表面改性方法,包括酸处理、碱处理、酶处理、偶联剂处理、辐射处理和等离子体处理等。

关键词:PBO纤维,表面改性1 概述PBO(聚对苯撑苯并二嗯唑)纤维是近年来研究开发出来的一种高性能聚合物纤维,其高聚物为芳杂环高分子化合物,具有直链型刚棒状分子结构,这种分子具有伸直链构向和高度的取向有序性,分子链间可以实现非常紧密的堆积,这种结构特征赋予了纤维优异的力学特性。

此外,由于PBO纤维在高温、高压和严酷化学环境下的稳定性、耐烧蚀性能优异,残碳强度高,可以作为绝热层候选材料[1]。

因此,PBO纤维在航空航天等领域将得到较为广泛的应用。

但PBO分子规则有序的取向结构又使得纤维表面非常光滑,且分子链上的极性杂原子绝大部分包裹在纤维内部,纤维表面极性也很小,这使纤维不易与树脂浸润,导致纤维与树脂基体结合的界面性能差,界面剪切强度低,不能较好地进行力的传递,影响了复合材料综合性能的发挥,限制了PBO纤维在先进复合材料领域中的应用[2]。

因此,对PBO纤维表面进行处理以改善其复合材料的界面粘接性是应用的关键。

2 PBO纤维的表面处理2.1 化学处理方法化学改性方法是利用化学反应,在纤维表面引入可反应的基团,从而在与基体复合时产生化学键,增加材料的界面性能。

化学改性方法一般包括酸氧化法、碱处理法、酶处理法、偶联剂改性、表面刻蚀和表面接枝等。

2.1.1 酸氧化法强质子酸如甲基磺酸、多聚磷酸等因为可以使得PBO分子链中的杂原子质子化,降低分子间的相互吸引力,减少分子间的相互作用能,所以可以溶解刻蚀PBO纤维皮层,甚至使其暴露出微纤,从而增加纤维表面粗糙度,达到改善纤维与树脂间界面结合的目的[3]。

台湾长庚大学的G.M.Wu等人[4]用甲基磺酸(CH3SO3H)和浓硝酸(HN03)对PBO和Kevlar纤维表面进行了处理,结果发现,用60%的甲基磺酸处理PBO纤维36小时,其表面自由能增大了35%;用60%硝酸对PBO纤维处理同样的时间,表面自由能增大了14%,但纤维力学强度下降也比较明显。

高性能PBO纤维的开发和应用

l 7 tx 0 de 6
项目
平 均断 裂强 度/c /t ) (Nde x
3l 53 7 3. 24 3
2 .8 28 3l3 _1 3 7
伸长 , 模 量/ Nde) % ( /t e x
37 . 6 48 . 2
23 _9 37l . 25
美 国空军 材料 实验 室 [1 1 委托 美 国斯 坦 福 研究 所 2
S I 验室 以 Wo 为 代表 的 聚合 物 组为 其 航空 航 R实 l f 天材料的需要而 没计和制备 的耐 高温 、高性能 聚合
19 年 合作开发 了商品名 为 M5的新型 P O纤维 , 97 B 但 目前尚处在开发阶段 。 新世 纪初 期 ,P O纤 维 用于 抗 冲击 防护服 产 B
抗冲击防护服产 品逐步扩展 到特殊 民用 ( 耐温 、抗
专 利技术 。19 年 由道一 巴迪 许化 纤公 司在 日本 91 东洋纺公 司的没备上开发出 P O纤维 ,使 P O的强 B B
辐射 、高强绳索 、体育) 、产 业用 ( 增强工程材料 、 特殊 电缆增强)等领域 ,并且 取得工业化 的实际效
法 ,新工 艺几乎没有 同分 异构体副产物 生成 ,提高
了合成单体的收率 ,打 下了产业化 的基础 。19 年 90
H本东 洋纺公司从美 国 D W 化学 公 司购 买了 P O O B
织加工技术 等 ,取得 了令人鼓舞 的成效。同时 ,从
扩展产 品市场应 用范围的角度 ,从原先较 单一用 于
高强 、高模 、耐高温 、阻燃 高性能纤维材料及其先
合 成 纤 维 SF 0 0 N . C2 1 o6 1
专 题 综 述
Co pr hen i e Re i w m e sv ve
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PBO的分子结构
3
1、PBO纤维的开发
1998年日本 东洋纺公司 实现了PBO 纤维的工业 化
1980年美国 的研究者首 先合成了 PBO
美国道化学 公司对PBO 进行了工业 化开发
PBO纤维的制备方法:干 喷湿纺,纺丝溶液呈液 晶态。 日本的东洋纺是唯一可以生产商品化的PBO纤维的公司,其商品名为Zylon, 年产量约为400吨。 我国近几十年也对PBO纤维进行了诸多研究,已建成了PBO纤维的中试线, 但仍未实现PBO纤维的工业化。
偶联剂处理:偶联剂与 纤维表面化学基团结合。
其他方法:共聚改性、 辐射处理、电晕处理
8
9
PBO纤维的开发与应用进展
1

PBO纤维的开发

PBO纤维的性能

PBO纤维的应用

PBO纤维的表面改性研究
2
1、PBO纤维的开发
PBO纤维全称聚对苯撑苯并双噁唑纤 维,由于其十分优异的性能,PBO纤 维被称为21世纪的超级纤维。PBO的 分子链由苯环和噁唑环组成,因此 分子链具有很大的刚性。
PBO纤维
PBO纤维的紫外老化曲线
6
3、PBO纤维的应用
耐高温材料
7
3、PBO纤维的表面改性
PBO纤维表面较为惰性,需要通过表面改 性来增加纤维表面的粗糙度或极性,以 提高纤维与复合材料基体的界面粘结性。 表面 改性 方法
PBO纤维表面
等离子体改性:操作简 便,改性效果会随着时 间衰退。 表面刻蚀和氧化处理: 用酸和氧化剂进行表面 处理。
4
2、PBO纤维的性能
PBO纤维的强度和模量是Kevlar纤维的1.8倍以上,热分解温度高达650℃。LOI 高达68,阻燃性能优异。耐化学性优良,维的性能
5
2、PBO纤维的性能
PBO纤维的耐光性极差, 耐光性低于芳纶。 PBO纤维 的缺陷 PBO纤维没有极性侧基, 表面密实而光滑。因 此PBO纤维与复合材料 基体的界面粘结性较 弱。
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