PBO纤维的研究现状与发展(原创)
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纤维的开发与应用进展
各种高性能纤维的性能
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2、PBO纤维的性能
PBO纤 维的缺 陷
PBO纤维的耐光性极 差，耐光性低于芳纶。
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。
表面刻蚀和氧化处理： 用酸和氧化剂进行表面 处理。
其他方法：共聚改性、 辐射处理、电晕处理
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谢 谢！
9
PBO纤维的紫外老化曲线
6
3、PBO纤维的应用
耐高温材料
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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
等离子体改性：操作简 便，改性效果会随着时 间衰退。
PBO纤维表面
偶联剂处理：偶联剂与 纤维表面化学基团结合。
PBO的分子结构
3
1、PBO纤维的开发
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。
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2、PBO纤维的性能
PBO纤维的开发与应用进展
1
一
PBO纤维的开发
二
PBO纤维的性能
三
PBO纤维的应用
四
PBO纤维的表面改性研苯撑苯并双噁唑 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。
PBO_纤维表面改性处理的研究进展
表面技术第53卷第1期PBO纤维表面改性处理的研究进展杨超杰，吴喜娜，魏浩，王国军*（哈尔滨工程大学 青岛创新发展基地，山东 青岛 266000）摘要：聚对苯撑苯并二噁唑（PBO）纤维因其比强度高、比模量高、耐热性好、阻燃性好以及优异的介电性能，现已在安全防护、建筑汽车等领域得到广泛应用。
由于PBO纤维表面光滑、化学惰性，导致其与基体树脂界面结合差，进一步影响复合材料的整体性能，这大大限制了PBO纤维优异综合性能的发挥，所以对PBO纤维表面进行改性处理显得尤为重要。
介绍了近年来国内外针对PBO纤维不同表面改性方法及对应复合材料性能改善程度的研究进展，从PBO纤维改性方法的分类入手，阐述了各种方法的基本原理。
通过对这些处理方法的比较，阐述了国内PBO纤维表面改性的研究进展，指出了国内外在PBO纤维表面改性处理上的差距，为未来的发展方向提供了参考。
PBO纤维表面改性方法包括化学刻蚀法、等离子体处理、表面涂层法、化学接枝法、紫外刻蚀法、上浆剂处理等。
各种改性技术各有利弊，在选择改性方法时，理应考虑达到工艺快捷有效、经济环保和无损纤维性能等指标。
未来，在PBO纤维表面改性的处理方法领域，将逐步向绿色环保的上浆剂处理方向发展。
关键词：聚对苯撑苯并二噁唑纤维；表面改性；界面；复合材料中图分类号：TB34 文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)01-0048-08DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.01.004Research Progress on Surface Modification of PBO FiberYANG Chaojie, WU Xina, WEI Hao, WANG Guojun*(Qingdao Innovation and Development Base, Harbin Engineering University, Shandong Qingdao 266000, China)ABSTRACT: PBO fiber has become the ultimate choice in many fields because of its high specific strength, high specific modulus, good heat resistance, good flame retardant and excellent dielectric properties, and has been widely used in aerospace, national defense weapons, safety protection, construction and automobile fields. Because the surface of PBO fiber is smooth and chemically inert, the interface between PBO fiber and matrix resin is poor, which further affects the overall performance of the composite material, and greatly limits the play of the excellent comprehensive performance of PBO fiber, so it is particularly important to modify the surface of PBO fiber. In this paper, the research progress of different surface modification methods of PBO fibers and the improvement of composite properties in recent years were reviewed. Surface modification was mainly made to change the chemical composition and structure of the surface, improve the number of polar groups and reactive groups;change the surface morphology, improve the roughness and specific surface area; increase the surface free energy and improve the surface wettability. All the above modification effects must minimize the negative effects on the bulk properties of fibers.Finally, it was pointed out that the current surface treatment methods of PBO fibers were still insufficient, and it was necessary收稿日期：2022-12-15；修订日期：2023-04-03Received：2022-12-15；Revised：2023-04-03引文格式：杨超杰, 吴喜娜, 魏浩, 等. PBO纤维表面改性处理的研究进展[J]. 表面技术, 2024, 53(1): 48-55.YANG Chaojie, WU Xina, WEI Hao, et al. Research Progress on Surface Modification of PBO Fiber[J]. Surface Technology, 2024, 53(1): 48-55.*通信作者（Corresponding author）第53卷第1期杨超杰，等：PBO纤维表面改性处理的研究进展·49·and urgent to find a green and efficient modification method. In recent years, with the development of fiber surface modification technology, PBO fiber modification methods have been fully developed, and the corresponding application fields have been expanded. In this paper, the different surface modification methods of PBO fiber and the improvement of the properties of composite materials were introduced. Starting from the classification of PBO fiber modification methods, the basic principles of each method were expounded, and the advantages and disadvantages of each method and the scope of application were clarified.Based on six modification methods, the surface modification methods of PBO fiber at home and abroad were investigated. By comparing these treatment methods, the research progress of PBO fiber surface modification at home and abroad was confirmed, the gap between domestic and foreign PBO fiber surface modification treatment was clear, and the future development direction was pointed out. PBO fiber surface modification methods include chemical etching, plasma treatment, surface coating, chemical grafting, ultraviolet etching, and sizing agent treatment. Each modification technology has its own advantages and disadvantages.When selecting a modification method, it is required to consider the fast and effective process, economic and environmental protection and non-destructive fiber properties. The surface treatment method of sizing agent can meet the above requirements.In recent years, the introduction of active nanoparticles such as graphene oxide, carbon nanotubes and silica into sizing agents to improve interface adhesion has become a research focus. The prepared nanocomposites not only have stronger interface, but also show many attractive functions, such as photothermal conversion, interface self-healing, etc. In addition, as a non-damaging method, surface sizing is an ideal method to achieve uniform UV shielding or light absorption ability on the surface of PBO fiber, which can effectively reduce UV intensity and block UV irradiation. In the future, in surface modification treatment of PBO fiber, the direction of environmental protection sizing agent treatment will be gradually developed.KEY WORDS: poly(p-phenylene-2,6-benzoxazole) fiber; surface modification; interface; composite materials聚对苯撑苯并二 唑（PBO）纤维因其优异的性能，特别是突出的力学性能、热稳定性、低密度，成为一种很有前途的增强先进复合材料的有机纤维之王[1]。
PBO纤维耐热性研究及进展
PBO纤维耐热性研究及进展PBO纤维耐热性研究及进展/斯奎等?73?PBO纤维耐热性研究及进展斯奎,宁荣昌(西北工业大学应用化学系,西安710072)摘要根据近几年国内外关于PBO纤维耐热性的报道,结合作者对其耐热性的研究,综述了PBO纤维的高温行为,并与几种高性能纤维进行了比较,从PBO纤维的强度降低,模量变化和高温老化分解等几个方面进行了较为详细的分析.关键词PBO纤维耐热性老化分解力学性能Heat—resistantResearchReviewofPBOFibreSIKui,NINGRongchang(TheDepartmentofAppliedChemistry,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi'an7100 72) AbstractTherecentresearchonPBOfibreisreviewedmainlyonthehightemperatureproperti esandbehav—binedwiththeheatresistantstudyofPt30fibrebyauthor;degradation.de compositionandthe changeofstrengthandmodulusofPBOfibreareanalyzed,andcomparedwiththoseoftheothe rhighperformancefi—bres.KeywordsPBOfibre,heat-resistant,degradationanddecomposition,mechanicalpropertie s聚对苯撑苯并二嗯唑PBO[Poly(p-phenylene-2,6-benzo—bisoxazole)是一种直线型聚芳杂环液晶聚合物分子[1].它最初是由美国空军材料实验室于2O世纪7O年代将其作为一种耐高温性能的材料进行开发的,但是一直受到合成工艺的限制,不能合成大分子量的PBO聚合物[.wolfe等[]在2O世纪8O年代初合成出具有芳杂环结构的液晶聚合物聚对苯撑苯并二嗯唑,而美国DOW化学公司与日本Toyobo公司联合将该聚合物开发成超高性能PBO纤维[6].PBO纤维具有比芳纶更高的比强度,比模量和耐高温等一系列优异性能,因而自一问世即被视为航空航天先进结构复合材料的新一代超级纤维[7].1基本物性Toyobo公司的PBO纤维注册商标为ZYLON,把纺织型的丝称作AS;把为提高弹性模量经热处理的丝称作HM[.PBO-AS纤维的拉伸强度经实测为5.3O～5.55GPa,比F12和Kevlar一49要分别高24.4和52.8以上.PBO-HM纤维的拉伸强度为5.50～5.59GPa[].PBO-AS的拉伸模量为180GPa,而PB()_HM纤维的模量可以达到250GPa以上,还有模量超过330GPa的超高模量PB()_HM+纤维,它的强度,弹性模量约为芳纶的2倍,作为直链高分子,认为接近极限弹性模量[7].由于PBO纤维中氮含量较高,造成其纤维密度要比F-12 和Kevlar-49纤维的稍高些,约为1.556g/cm3,其比强度和比模量在这3种纤维中最高[6].PBO纤维几乎对所有的有机溶剂和碱是稳定的,但耐酸效果欠佳.PBO纤维经甲磺酸,盐酸和硫酸处理,即使在室温下,随着时间的延长,其强度均有不同程度的降低[6].室温下,PBO纤维在丙酮,煤油,无水乙醇,1ONaOH溶液中浸泡100h,强度保持率分别为100,96.57,98.75和100;同样条件下,经1O硫酸和37盐酸浸泡,强度保持率分别为77.5O%和5O.O6%.PBO纤维暴露紫外光起的宽的波长范围可见光域,会使强度降低嘲.PBO纤维还具有良好的耐蠕变特性和湿热尺寸稳定性.PBO纤维在200"C空气中,不进行拉伸30min后,收缩率为0.1.2耐热性能分子链的共轭芳杂环结构赋予PBO纤维优异的耐热性能,其分解温度为65O~C,比芳纶的分解温度高约IO0~C,为目前有机纤维中最高的.PtK)的极限氧指数(LOI)为68[2].PBO-HM即使在400~C,弹性模量仍为室温下的70,热释放率低m],燃烧过程中几乎不产生有毒气体".PtK)纤维在高温下有很好的强度保持率,即使温度达到5oo~C,强度还保持室温下的4O,作为有机纤维来说,达到这样程度的耐热性是惊人的…].表1和表2是几种高性能有机纤维与PBO纤维的一些耐热参数的比较…].表1PBO等高性能纤维与PPTA性能比较PPTAPBOPIPDKynolRecycledoxidizedPANTGA—..//LOI一≯\一CRHR一≯\0FIGRA一/,/,一\\\NVSP一一ECO—'.一—}sameperformance,/~muchbetter,better,X'aworse,Na',amuchworse,--notdetermined.74材料导报2006年1月第20卷第1期表2几种高性能有机纤维的LOI值和使用温度的比较化学名称结构商品名LOI使用温(简称)(vo1%)度,℃Poly(p-phenylene斗◎Zylon'2.6一benzobiso-68310xazole)(PB0)(T0yob0)Pol~2.lidaz0(4,5-b:l,5'-e)pyridi-Ott:(ItM5(Magellansystems>5O目订,4(2,5-HOIntemationa1)~ydroxy)一phenylene(m)Poly(2.(nrphenylene)一5,5t一一PBIbisbenzimi-dazole)HH(Celanese)41250(PB1)Poly(p-phenylene0Kevlar28～3O190terephtal-amide) (DuPont)(PfrrA)OPolyamide-imide+cKermel3O～32200(PADHOO(Rhodia)Poly(m-phenyleneHHO\\OiS0phtalamide)-l\一e—//一eNomex3O～32200(DuPont)(PMIA)2.1热失重分析图1是PBO纤维和其它几种高性能有机纤维的TG图.由图1可以看出,PBO纤维比其它高性能纤维具有更高的分解温度.200~C以前的重量损失是纤维失去水分造成的.在空气气氛中PBO约在600~C开始分解,远远高于其它高性能纤维. 在氮气气氛中PBO纤维约在700~C开始分解,这也比其它纤维的分解温度高_2"].loo崔80|6o.雪柏重2oO400600Tempexatum.℃图1PBO纤维和其它几种高性能纤维的TG图2.2PBO纤维高温热分解TadaoKuroki等_】3]将PBO纤维和Aramid纤维的耐热性能进行了比较,发现PBO纤维比Aramid纤维的分解温度要高约IO0~C,而且燃烧过程中释放的有毒气体量也比Aramid纤维少得多,如图2所示.图2是PIN3和Aramid在750~C分解后的气相产物组分图.由图2可以看出,每克PBO纤维分解得到lmg的CO和约0.6mg的HCN,PBO纤维分解释放的CO量和HCN量分别为等量的Aramid纤维释放CO量和HCN量的9%和3.言:星三譬Q—COCO2NH3HCNHCINOxSOx图2PBO和Aramid在750℃分解后的气相产物组分图SergeBourbigot等_l利用FTIR和固相NMR研究了PBO和PPTA分解过程的气相和固相产物,发现PBO纤维比PPTA 具有更高的分解温度,不但PBO纤维热分解气体释放量总是比PPTA少,而且释放需要的时间更长,同时PB()纤维热处理后的固相有碳化物生成,这也被认为是PBO纤维具有优良耐热性能的原因之一.600C下PBO热分解(并未燃烧)释放的气体主要为CO,C02和Hz0,还有少量的HCN,芳香类和乙烯类;而800"C下PBO热分解(燃烧)气相产物主要组分还是CO,CO2和Hz(),气相没有了HCN和芳香类,只有NOx和少量的乙烯类物质存在.SergeBourbigot等认为800~C下发生了HCN转变为NOx化学反应,含氮可燃物质部分转化为HCN,生成的HCN经过一系列的反应转变为N()x,同时反应最后还是会有一部分生成HCN,生成的HCN最后还是转变为NOx.反应过程如图3所示.oHHCN'...一一If町燃物质——?'lCN——?oNHlfNH2lfNH()2/H\NO,图3800~C下HCN转化成NOx的化学反应图2.3高温处理下的PBO纤维强度变化PBO纤维的使用温度在310℃左右l_】,它是一种在高温下具有高强度和高模量的超级纤维.在200℃下处理250h,强度还保持室温下强度的90以上;在300下处理120h,强度仍为室温下的40左右;在400~C下处理5h,强度保持室温下的30左右;温度达到500~C时,强度还保持室温下的40,在500~C下热处理60s,PBO还保留有原始强度的90.图4所示是两种PBO纤维和Aramid在几种温度热处理下相对强度与时间关系图,图5是两种PBO纤维相对强度和温度关系图I】.截取适当长度纤维束,在250~C和300℃下分别处理24h,48h,72h和96h.单丝强度测试采用国标GB3916标准纸框法,单丝随机抽取.每组实验不少于50个拉伸试样.将所得的数086420N,CCN№f:co===PBO纤维耐热性研究及进展/斯奎等?75?据进行Weibull统计,得到PBO纤维在250~C和300~C下热处理统计强度和时间关系图.m],如图6所示.{醚酸莨时间.h图4PBO和Anunid纤维几种温度下相对强度与时间关系图1o09080越7060504030图5两种PBO纤维相对强度和温度关系图q{醚酸露螺繁处理时间.h图6PBO纤维2种温度下统计强度与时间关系图由试验结果和文献报道的结果可看出,PBO纤维随着热处理温度的升高和热处理时间的延长,强度也随之降低_1.2.4高温处理下PBO纤维模量变化(1)适度牵伸下热处理提高纤维模量PBO纤维虽然是作为耐高温材料被发展的,但是即使在PBO发展的初期它的模量也是高性能纤维中最高的.将PBO- AS纤维进行不同程度的热处理,可得到高模量PBO-HM纤维和超高模量PBO-HM+纤维1.虽然这3种PBO纤维的模量已经是目前高性能纤维中的最高值,但是它们的拉伸模量(杨氏模量)与理论模量(晶体模量)还有很大差距.这种差距是由PBO纤维中有缺陷,结构中存在非晶区域,纤维结构的不均一性和分子取向不够等原因所造成的.PBO纤维的皮芯结构从射线衍射分析的取向度和结晶度来看,这种差异表现在10～lOOnm的尺度范围内,皮层的晶区和非晶区要小,组织更紧密,且皮层的取向度高于芯部,晶区和非晶区之间存在着一些缺陷例如分子链末端和分子构象不规整等g卜.RJ.Davies等[14]利用显微X射线散射(t~XRD)研究发现PBO-AS,PBO-HM和PB()_HM+纤维的理论模量因为PBO分子晶格发生变换而依次减小,但是PB()-HM+纤维的拉伸模量是三者中最高的.TooruKitagawa等l_】利用广角X射线衍射(W AXD)和小角度x射线衍射(sAxs)研究发现PBO纤维经过热处理后分子取向度会增大,沿纤维轴向的结构更均一,所以热处理会使PBO纤维的拉伸模量增加.(2)热老化降低纤维模量在持续高温下PBO纤维的表面和氧发生氧化反应1,首先破坏表层PBO纤维的结构,在表面引起了一系列缺陷,例如原纤剥离,沟槽和小缺陷等,导致强度和模量减小,这也解释了为什么在氮气中PBO纤维更能保持强度和模量.如图7所示, 即使4OO~C,弹性模量值仍为室温下模量的70[1.三3吕.兰Temperature.℃图7PBO相对模量与温度关系图3PBo纤维的应用及存在的问题3.1PBO纤维的应用PBO纤维的应用主要在以下几个方面~1,2.6.21,22]:①高强绳索以及高性能帆布.由于PBO的比强度高,在火星轨道探测器的空气袋应用方面,已经把它用作闸门的细绳和带子进行试验研究.②PBO高强复合材料纤维.其优异的机械性能可赋予复合材料轻质高强的特性,甚至可以同时满足耐高温的性能要求,因此在特种压力容器结构,高级体育运动竞技用品等方面已显现出巨大的应用潜力;另外,在2006年,美国预定把行星探测遥控装置送上金星,使用PBO气球(内装遥控装置)进行探测. 金星地表面温度为460℃,金星上空的硫酸云中的温度为一IO~C,在这样的温度下,作为能用的耐热性气球薄膜材料只有PBO.火箭推进研究所(JPI)正在使用PBO薄膜和PBO布进行研究,并对作为燃料贮罐和支架用的复合材料的增强材料进行了研究,还收集了低温下的性能及导热系数等数据.连续和短的PBO纤维可用于弹道导弹,战术导弹和航空航天领域使用的复合材料增强材料.③防弹抗冲击材料纤维复合材料.其抗冲击性能极为优异,冲击最大载荷和能量吸收均远高于芳纶和碳纤维,因此在防弹抗冲击吸能材料领域已经得到应用,如制造飞机机身,防弹衣和头盔等.④其它特种防护材料.利用其卓越的耐热,阻燃,耐碱和耐磨等特性,可制造轻质柔软的光缆保护外套材料,安全手套,耐热毡,特种传送带,灭火皮带,防火安全保护材料,如防火服和鞋类等.∞如惦化76材料导报2006年1月第20卷第1期3.2PBO纤维的不足①孔洞.PBO纤维中孔洞的多少影响其纤维的密度.以MSA为溶剂时,孔洞较多;而以PPA为溶剂时孔洞极少,所以PBO纤维结构不仅与凝固速率有关,还与纺丝溶剂有关[8].②皮芯结构.有研究表明,液晶芳族聚苯唑类纤维还存在皮芯结构,如在纤度为1.7dtex,密度1.56g/cm3的日本东样纺公司的Zylon中就观察到皮芯结构,其皮层极薄,约为0.2m,且无任何微孔;芯层则存在着沿纤维轴向拉伸成细长条状的微孔,孔径2~3nm[.③压缩性能差.压缩强度仅为0.2～O.4GPs,研究表明造成这种现象的原因是PBO的微纤结构在压应力的作用下,产生纠结带,最终导致纤维微纤化.而改进的方法就是在制备纤维的过程中消除剧烈的浓度变化以及通过注入,共聚等方法改善微纤之间的相互作用l_9].④纤维与树脂基体的粘结性能很差,这是由于PBO纤维的表面十分光滑造成的.这一缺点很大程度地限制了PBO纤维在先进结构复合材料中的应用,因此需要对其表面进行处理,以改善其与树脂基体的界面粘结性能～引.4结语PBO纤维具有有机纤维中最高的LOI值68和热分解温度650"C,热分解后气相产物只含有少量有毒气体,特别是到800"C时分解几乎没有有毒气体生成,固相有碳化物生成.PBO 纤维的使用温度为310~C,也是目前有机纤维中最高的,而且在高温下具有很高的力学性能,不愧被誉为21世纪的超级纤维. 参考文献1黑木忠雄,矢吹和之.高科技纤维与应用,1998,23(5):362HuXiaodong,JenkinsShawnE,MinByungG,eta1.Macro—molecularMaterEng,2003,288:8233李霞,黄玉东,矫灵艳.高分子通报,2004,4:1024WolfeJF,ArnoldFEMacromolecules,1981,14(4):9095WolfeJF,LooBH,ArnoldFEMacromolecules,1981,14(4):9马春杰,宁荣昌.高科技纤维及应用,2004,29(3):46王斌,金志浩,丘哲明,等.西安交通大学,2001,35(11):1189positesPartA,2004,35(11):1291马春杰,宁荣昌,李琳,等.复合材料导报,2005,ll(3):16WuCC,TsayPT,ChengHY,eta1.JApplPhys,2004,15(2):417SergeBourbigot.XavierFlambard.FireMater,2002,26:155 SergeBourbigot,XavierFlambard,FranckPoutch.Polymer DegradationandStability,2001,74:283TadaoKuroki.Y oshikazuTanaka,ToshikiHokudoh,eta1.J ApplPolymSei,1997,65(5):1031DaviesRJ.EichhornSJ,RiekelC,eta1.Polym,2004,45:7693P6rez-RigueiroJ,ElicesM,LlorcaJ,eta1.JApplPolymSei,2001,82:1928DaviesRJ,Monteds-MoranMA,RiekelC,eta1.JMaterSci,2001,36:3079TooruKitagawa,MichioIshitobi,Kazuyuki.JPolymSeiB:PolymPhys,2000,38:1605BourbigotSerge,FlambardXavier,RevelBertrand.EuroPolymJ,2002,38:1645Tamargo-MartinezK,Villar-RodilS,ParedesJI,eta1. PolymDegradationandStability,2004,86(2):263TooruKitagawa,KazuyukiYabuki.JPolymSeiB:PolymPhys,2000,38,2901黄玉东.高科技纤维及应用,2001,26(1):11曹运红,谢雄军,邢娅.飞航导弹,2002,6:59任鹏刚,梁国正,杨洁颖,等.材料导报,2003,17(6):50LarssonF,SvenssonLComp-PartA:ApplSeiandManu～facturing,2001,33(2):221ZhangCH,HuangYD,ZhaoYD.MaterChemandPhys,2005,92(1):245(责任编辑林芳) ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,)第六届全国表面工程学术会议暨首届青年表面工程学术论坛征文通知表面工程是一门迅速发展的交叉学科,涉及面宽.表面工程的研究目标是材料的高值化,多功效和循环使用,这与当前社会的发展主题相吻合.两年一届的全国表面工程学术会议将为大家在相关领域的学术交流提供一个重要的平台.会议主题:节约型社会和循环经济中的表面工程主办单位:中国机械工程学会表面工程分会承办单位:固体润滑国家重点实验室会议时间:2006年8月11～14日会议地点:甘肃兰州西北宾馆征文范围包括表面工程研究和应用的各个方面,主要专题如下:●表面工程基础理论,表面和界面科学;●表面工程新技术和新方法;●涂料和涂层技术;●电化学表面工程技术;●物理气相沉积和化学气相沉积薄膜技术;●分子薄膜技术与微纳米制造;●三束表面改性,化学热处理;●各种热喷涂技术;●摩擦,磨损与润滑;●表面装饰和防护;●表面技术的典型工程应用;●表面工程装备,检测技术与环境保护;●其它表面工程相关研究.请作者投稿时,标注本论文的所属专题.会议将出论文集,主要论文将以国内核心期刊正刊和增刊的形式出版.论文格式:投稿论文统一采用word2000以上版本格式,A4纸张,页边距上下左右各2.6cm.论文标题采用3号黑体字,作者和所在单位用小四号宋体字,摘要用五号仿宋体字,正文用五号宋体字,分章节标题用小四号宋体挂黑,标题,摘要,正文及各章节之间加一空行,行间距统一设置为1.25,图表插入到论文的适当位置.投稿论文的篇幅请限制在4页以内,对于超长论文,超长部分将加倍收取版面费.会议一律采用电子投稿,不接收纸质稿件.征文截稿时间:2006年3月20日会议网址,征文邮箱,联系电话http||n.bmgc.1icp.ae.en***********.en(征文投稿邮箱)0931—4968018(会议组委会)8277088(传真)027—83641631(学会秘书处)0931～4968085(李宏轩,征文和投稿相关)08uM"加。
PBO纤维发展概况与应用前景
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
2024年PBO纤维市场调研报告
2024年PBO纤维市场调研报告1. 引言PBO（聚苯并咪唑）纤维是一种高性能纤维材料，具有出色的耐热性、耐化学性和力学性能。
由于其卓越的性能，PBO纤维在许多领域得到了广泛应用。
本报告旨在对PBO纤维市场进行全面的调研与分析，以了解其市场规模、发展趋势以及竞争格局。
该调研报告将提供关键数据和见解，帮助相关企业和投资者做出明智的决策。
2. 调研方法本次调研采用了多种方法，包括市场调研、分析报告和行业研究。
我们收集了大量的市场数据和统计数据，并与行业相关人士进行了深入访谈和交流。
通过综合分析这些信息，我们得出了有关PBO纤维市场的综合结论和预测。
3. 市场概述3.1 市场定义PBO纤维是一种特殊的聚合物纤维，具有极高的强度和刚度。
它被广泛用于高温和极端环境下的应用，如航空航天、汽车、电子和防弹领域。
3.2 市场规模根据我们的调研，目前PBO纤维市场规模约为XX亿美元，并有望在未来几年内保持稳定增长。
该市场在全球范围内具有良好的增长潜力。
3.3 市场驱动因素PBO纤维市场的增长受到了以下几个关键因素的推动：•高温和极端环境应用的增加，如航空航天和汽车行业的需求；•对轻量化材料的需求增加，以降低能源消耗和环境污染；•新技术的引入和创新，促进了PBO纤维在新领域的应用；•对产品质量和耐久性要求的提高。
3.4 市场挑战尽管PBO纤维市场前景广阔，但仍面临一些挑战：•高成本和较低的产能限制了PBO纤维的普及；•需要进一步改进生产工艺，降低成本并提高纤维质量；•竞争加剧，需要不断创新和提高产品性能。
4. 市场分析4.1 市场分割根据应用领域的不同，PBO纤维市场可以分为以下几个细分市场：1.航空航天2.汽车4.防弹4.2 市场份额根据我们的调研，航空航天行业是PBO纤维市场的主要应用领域，占据了市场的大部分份额。
汽车行业和电子行业在PBO纤维市场中也占据了相当大的份额。
防弹领域由于其特殊的性能要求，对PBO纤维的需求也在不断增加。
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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）
三氯苯法 1980 年 DOW, 化学公司的 Lysenko 以三氯苯 为原料合成了 DAR 单体。这条路线是这样的： 首先将 1,2,3- 三氯苯硝硫混酸硝化 , 由于 2 位被 Cl 原 子 占 据 , 硝 化 副 产 物 较 少 , 然 后 在 CH3OH 和 NaOH存在条件下水解得到4,6-,二硝基2-氯-间苯 二酚 ,最后催化加氢，盐酸盐成盐 DAR得到单体。 反应式如右图。这条路线硝化水解两个步骤基本 上都能得到很高的产率 , 但在催化加氢这一环节 上还存在着问题,收率较低。
PBO纤维的缺陷
不耐紫外
虽然PBO有以上优异的性能,但是PBO还有一些缺陷,比如表面粘结性能差,染色性能差等,还有就是PBO纤 维紫外稳定性差,PBO暴露在紫外线中的时间越长,强度下降越多。经过40h的日晒实验,芳纶的断裂强度值 还可以稳定在原值的80%左右,而PBO纤维的断裂强度值仅为原来的37%。
有关PBO聚合物的合成研究，热点在于如何能使 聚合物的性能更加接近于期望值。 PBO 的聚合有多 种方法，有对苯二甲酸法、对苯二甲酰氯法、三甲 基硅烷基化法和中间相法等。而对苯二甲酸法中又 演化出盐酸盐法、复合盐法、磷酸盐法和AB型单体 法。目前实验室最常用的合成方法是盐酸盐法，即 由 4,6- 二氨基间苯二酚盐酸盐（ DAR ）与对苯二甲 酸（TA ）在多聚磷酸（ PPA）中进行溶液缩聚而得， 反应式如右图。
PBO的一些其他性质
化学稳定性
PBO纤维具有优异的耐化学介质性,除了能溶解于的浓硫酸、甲基磺酸、氛磺酸、多聚磷酸外,在绝大 部分的有机溶剂及碱中都是稳定的。此外,在次氯酸中也有很好的稳定性,芳纶在漂白剂中几十小时内就完 全分解,而在漂白剂中后仍保持以上的强度,因此洗涤时即使采用漂白剂也不会损伤的特性。
苯胺法 DOW 化学公司的 Morgan 等 1993 年提出了 一条新的合成路线 , 日本人改进了这一路线 , 目的 在于取代带有毒性的原料三氯苯。他们以苯胺为 原料 , 首先将苯胺制成氯化重氮苯 , 再与间苯二酚 反应得到 ,4,6-二偶氮基间苯二酚 , 进行催化加氢 , 盐酸成盐。副产物苯胺也以盐酸盐的形式存在 , 故需要进行重结晶得到纯度高的DAR。路线如右 图。这条路线优点就是避免了使用了毒性很大的 三氯苯 , 并且苯胺可以二次利用。关键的一步在 于偶氮化反应 , 提高偶氮化反应的收率是本路线 的研究热点。
国内的PBO开发 3、浙江工业大学 第三种是浙江工业大学为代表AB型 单体法制备纺丝原液，再通过干喷湿纺的 液晶纺丝工艺。
国产PBO纤维与日本东洋纺Zylon纤维的性能比较
ZLPBO-中蓝晨光 DHPBO-东华大学 PBO（AB）-中蓝(AB)法
在国外， PBO纤维取代其他纤维在高技术领域的应用研究十分活跃。 PBO纤维及其复合 材料已被广泛应用于航空、航天、航海、军工及民用保护方面，有极高的应用价值和商业价值。 其应用领域主要包括： • 航空航天：如航天器舱体保护，在美国的火星探测车中，正是采用了PBO纤维复合材料作为 抗冲击保护层；在航空工业领域， PBO纤维材料已用于高性能飞行器保护壁的设计； • 军事：PBO纤维不仅仅有高强高模的力学性能，同时还可以作为结构/隐身和结构/透波一体 化材料；有研究表明， PBO纤维及其复合材料是性能极佳的透波材料，这对制备轻质、强 韧、高性能和隐身一体化的新型复合材料，实现结构/隐身材料和耐高温结构/透波材料的开 发，给国防新材料提供技术支持和物质基础； • 防弹方面：PBO纤维可用作高性能等级防弹服、防弹头盔和装甲材料，如由PBO纤维制的片 材进行加固补强服； • 民用工业等其他领域：PBO纤维也具有广阔的应用前景用前景，如隧道及桥梁混凝土增强、 消防及高温炼炉用防护服、高温过滤设备、竞技体育器具、高强绳索等也有很大的前景。
不耐紫外
分子结构
取向与结晶结构
高性能聚合物纤维的微 结构层次由Sawyer等人提出， 纤维被设想为由微纤、小微 纤和分子链组成。其中微纤 是由几条分子链结合而成， 而微纤则通过更弱的分子间 作用力结合在一起构成纤维。 由此，PBO是比较容易 形成微纤化。 Trooku Kitawaga等人通 过X射线衍射对PBO纤维进 行研究，提出了类似结构： 纤维呈现皮芯结构，芯层有许多的微纤 构成，微纤由高度取向的PBO分子链构成，微 纤直径再10-50nm，微纤之间是毛细管状的微 孔，微孔通过裂缝或者微纤的开口相互连接 起来
盐酸盐法合成PBO聚合物 1981年Wolfe等首次报道了PBO的合成。他们 使用了DAR和几种带有不同取代基的对苯二甲酸, 以多聚磷酸（PPA）为溶剂，P2O5做脱水剂,缩聚 合成得到PBO树脂。结论是结构中苯撑上没有取 代基的聚合物的性能是最优的。 PPA在PEO的合成过程中具有极其重要的作 用：它通过生成磷酐活化TA（多聚磷酸与对苯二 甲酸反应生成）；通过氨基质子化、磷酸酯的生 成保护DAR；吸收脱除小分子水等
PBO的力学性能
*数据摘自东洋纺官网
PBO的力学性能
*数据摘自东洋纺官网
PBO的力学性能
高温和湿度对纤维强度有较大影响 (图1-4)。250，饱和蒸汽状态下， PBO 的强度保持率低于其室温值的 20%。因此，PBO 纤维应该储存在 干燥的环境中。
PBO的热性能
PBO在空气氛围中的热降解温度是 650℃，在氮气﹑氩气等惰性气体环境下的热降解温度为 700℃，
等纤维)对弹头冲击反应。 NASA Glenn 研究中心的研究人员对 PBO 纤维的防弹性能进行了研究，他们制备了圆环试样，内径、 轴长和壁厚分别是 40、10 和 1.5英寸，样品是固定在与水平面有倾斜角度的桌子上，小钛板以各种速度 射入样品。实验结果显示刺穿 PBO 纤维所需的能量是 Kevlar 的两倍。鉴于 PBO 纤维的高能量吸收特性， 美国成功将 PBO 纤维应用于防弹衣的制备，并将其配备警察系统。
PBO的力学性能
据文献报道，PBO 纤维的拉伸强度和拉伸 模量分别达到 5.8 GPa 和 352 Gpa。 图 1-2 显示了各种高性能纤维的理论模量 和实际模量，从图中可知 PBO 纤维模量仍存在 较大的 纤维的拉伸强度 和模量保持率。400摄氏度时，PBO纤维(Zylon HM)保持室温模量的 75 % (图 1-3)
PBO的防弹性能
高强度、高模量和高韧性是材料应用于高性能领域的必要条件，高模量是防弹应用的重要指标。利 用受到冲击时，纤维发生原纤化，吸收大量冲击能的特性，纤维防弹抗冲击材料已在国外普遍应用。
Leigh 发展了一个分析模型，用来解释防弹衣应用中的纤维(如 Kevlar、Spectra、Zylon、S2 glass
到目前为止， DAR的合成工艺有 13 条之多，例如：间 苯二酚法、二氯苯法、三氯苯法、苯胺法、间苯二酚磺化 卤化法、间苯二酚磺化法、间二氯苯法等。这些方法各有 优劣。
DAR
对苯二甲酸
间二氯苯法 方。 2001 年 ,Horst 开发了以间二氯苯为原料的合成
此方法是对间二氯苯用浓硝酸发烟硫酸硝化 , 得 到4，6-二硝基间二氯苯，副产物2，4-二硝基间二氯 苯；碱性条件下与苄醇反应生成1，3-二苄氧基-4,6二硝基苯,然后催化加氢得到DAR。如图7所示。此方 法优点是间二氯苯的硝化反应在较低的温度下进行 , 避免了多硝基产物的生成；副产物 2,4- 二硝基 -3- 苄 氧基氯苯和目标产物很容易分离。缺点是此方法有副 产物苯甲醛生成,易污染环境。