1.Gelişme Tarihi
PBO, ABD Hava Kuvvetleri'ndeki aerodinamik araştırmacıları tarafından icat edildi. Polibenzotiyazolün temel patenti Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Stanford Araştırma Enstitüsü'ne (SRI) aitti. Daha sonra Dow Chemical Company lisansı aldı ve PBO'yu endüstriyel olarak geliştirirken aynı zamanda orijinal monomer sentez yöntemini de geliştirdi. Yeni süreç neredeyse hiç izomerik yan ürün üretmedi, sentezlenen monomerlerin verimini artırdı ve sanayileşmenin temelini attı. 1990 yılında Japon Toyobo Co., Dow Chemical'dan PBO patent teknolojisini satın aldı. 1991 yılında Dow-Badische Textile Company, Toyobo'nun ekipmanı üzerinde PBO elyafı geliştirdi ve PBO elyafının mukavemetini ve modülünü önemli ölçüde PPTA elyafının iki katına çıkardı. 1994 yılında, Dow-Badische Textile Company'nin izniyle Toyobo, 400 ton/yıl PBO monomeri ve 180 ton/yıl eğirme kapasitesine sahip bir üretim hattı inşa etmek için 3 milyar yen yatırım yaptı. 1995 yılının bahar aylarında kısmi mekanize üretime başlanmış, 1998 yılında Zylon isimli ürünle üretim kapasitesi 200 ton/yıl'a ulaşmıştır. Toyobo'nun Zylon geliştirme planına göre, üretim kapasitesinin 2000 yılında 380 ton/yıl, 2003 yılında 500 ton/yıl ve 2008 yılında 1000 ton/yıl olması bekleniyordu. Şu anda Toyobo, dünyada ticari olarak üretim yapabilen tek şirket olmaya devam ediyor. PBO elyafı üretiyor.
2.PBO Liflerinin Gelişimine İlişkin Beklentiler
Son yıllarda Avrupa, Amerika, Japonya gibi gelişmiş ülke ve bölgelerde yüksek binalar, büyük köprüler, gemi mühendisliği gibi inşaat alanlarında yüksek performanslı fiber kompozit takviye malzemeleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Fiber kumaşın epoksi reçineyle emprenye edilmesi ve beton yüzeye yapıştırılmasıyla, orijinal yapının yük taşıma kapasitesi ve depreme dayanıklılığı önemli ölçüde artırılabilir. Ayrıca köprü yapımında çelik halatlar kendi ağırlıklarından dolayı daha uzun köprülerde kullanılamaz. Bunun yerine daha hafif ve daha güçlü kablolar tercih ediliyor. Yüksek özgül mukavemete ve iyi boyutsal stabiliteye sahip olan PBO elyaflarından yapılan kablolar en iyi seçimdir. PBO elyafları, ısıya dayanıklı malzemeler alanında yavaş yavaş geleneksel asbest malzemelerinin yerini alıyor ve şu anda 350 derecenin altındaki sıcaklıklarda aromatik poliamidlerin ve diğer alev geciktirici elyafların yerini almayı araştırıyor. 350 derecenin üzerindeki sıcaklıklarda paslanmaz çelik elyafların veya seramik elyafların ve diğer inorganik elyafların yerini alıyorlar. İnorganik lifler oldukça sert olduğundan ve performanslarını etkileyen çiziklere neden olmaya eğilimli olduğundan, PBO liflerinin inorganik liflerin eksikliklerinin üstesinden gelmesi muhtemeldir. Daha önce organik liflerin ısı direnci yetersizdi (çoğunlukla 400 derecenin altında), bu da uygulama geliştirmelerini sınırlıyordu. Ancak PBO lifleri, tüm organik lifler arasında en yüksek olan 650 dereceye kadar ayrışma sıcaklığına sahiptir. Bu nedenle, 350 derecenin üzerindeki uygulamalarda organik elyafların kullanımının tamamen PBO elyaflarla değiştirilmesi, böylece PBO elyaflı ısıya dayanıklı malzemelerin uygulamasının genişletilmesi ve geliştirilmesi mümkündür. Uluslararası araştırmalar, PBO elyaflarının elektrik yalıtım malzemeleri, uydu tespiti, hafif malzemeler, otomotiv endüstrisi ve derin deniz petrol sahası geliştirme gibi diğer alanlarda da birçok potansiyel uygulamaya sahip olduğunu göstermektedir. Yüksek hızlı tren gövde malzemesi olan PBO elyafları, gövde ağırlığını azaltmanın yanı sıra mukavemetini de artırıyor. PBO elyaflarının kimyasal direncinden yararlanılarak korozyona dayanıklı çeşitli koruyucu giysiler yapılabilir. Uzay araştırmalarında sınırlı yükü azaltmak için PBO elyafları uzayda kullanılan bağlantı elemanları ve kayışların yapımına uygundur. Kozmik uzay ortamı sıcaklıklarının -10 dereceden 460 dereceye kadar olduğu aralıkta, ısıya dayanıklı tespit balonları için de malzeme olarak kullanılabilir. Spor müsabakaları yelkenciliği alanında yelkenler çoğunlukla yüksek mukavemetli ve yüksek modüllü elyaflardan yapılmış tabaka benzeri ince plakalardan yapılır. Rüzgara maruz kaldığında yelkenlerin deformasyonunu en aza indirmek için yarış yelkenlerinin üretiminde en yüksek modüllü PBO lifleri aranmalıdır. PBO elyaflarının mükemmel mekanik özellikleri göz önüne alındığında, bunlar aynı zamanda golf sopaları, tenis raketleri, kayak direkleri, kayak tahtaları, sörf tahtaları, okçuluk kirişleri ve bisiklet yarış tekerlekleri üretimi için de en iyi malzemelerdir. PBO elyaflarının temel teknoloji araştırması, geliştirilmesi ve sanayileştirilmesi, Çin'in yabancı teknolojinin uzun vadeli kontrolünden ve tekelinden kurtulmasını ve bağımsız inovasyon, parlak beklentiler ve yerli ve büyük ölçekli kalkınmanın geniş uygulama yoluna girmesini sağlayabilir. PBO liflerinden oluşur. Bu, Çin'in havacılık, ulusal savunma, askeri ve sivil endüstrilerinde yüksek performanslı PBO malzemelerinin geliştirilmesine ve sürdürülebilir kullanımına katkıda bulunacaktır.
3.Fiber Özellikleri
Toyobo raporlarına göre, üst düzey PBO elyaf ürününün mukavemeti 5,8GPa'dır (Almanya'da 5,2GPa olarak rapor edilmiştir), 180GPa modül ile mevcut kimyasal elyaflar arasında en yüksek değerdir; 600 dereceye kadar sıcaklıklara dayanabilir ve 68'lik sınırlı bir oksijen indeksine sahiptir, alevlerde yanmaz veya büzülmez, diğer organik elyaflardan daha yüksek ısı direnci ve alev geciktirici gösterir. Öncelikle ısıya dayanıklı endüstriyel tekstiller ve elyaf takviyeli malzemeler için kullanılır.
PBO'nun diğer yüksek performanslı fiberlerle karşılaştırılması: PBO fiberin mukavemeti, modülü, ısı direnci ve alev geciktiriciliği, özellikle de mukavemeti, yalnızca çelik fiberlerinkini aşmakla kalmaz, aynı zamanda karbon fiberlerinkini de aşar. Ayrıca PBO elyafı mükemmel darbe direnci, aşınma direnci ve boyutsal stabilite sergiler ve hafif ve yumuşaktır, bu da onu son derece ideal bir tekstil hammaddesi yapar.
21. yüzyılın süper performanslı elyafı olan PBO, olağanüstü fiziksel, mekanik ve kimyasal özelliklere sahiptir. Mukavemeti ve modülü Kevlar elyaflarının iki katıdır ve ayrıca meta-aramid elyafların ısı direncine ve alev geciktiriciliğine sahiptir; genel fiziksel ve kimyasal özellikleri, yüksek performans alanında lider olan Kevlar elyaflarınınkini tamamen aşar. lifler. 1 milimetre çapındaki tek bir PBO filamenti, çelik tel fiberlerin on katından daha fazla mukavemete sahip olan 450 kilogramlık bir ağırlığı kaldırabilmektedir.
4.PBO liflerinin yüzey modifikasyonu.
PBO elyafları ve reçine matrisi arasındaki arayüzey kayma mukavemeti (IFSS) arttırılabilir, ancak aşırı miktarda birleştirme maddesi, birleştirme maddesinin kalın bir çapraz bağlanma katmanına yol açabilir ve bu da IFSS'yi azaltır. Fiber yüzeyindeki plazma aşındırması öncelikle birleştirme maddesini etkiler, fiberler için belirli bir koruma sağlayan aşılanmış bir çapraz bağlama tabakası oluşturur, dolayısıyla PBO fiberlerinin σ değerindeki düşüş önemli değildir. Analiz, birleştirme maddesi ve plazma modifikasyonunun birleşik işlemi için en uygun koşulların şöyle olduğunu göstermektedir: %2'de A-187 birleştirme maddesi içeriği, 2 dakikalık argon düşük sıcaklıkta plazma işleme süresi, 50 Pa'da basınç ve güç 30 W. Seçilen birleştirme maddeleri arasında A-187 tipi, %2'lik optimal içerikle PBO elyafları ve epoksi reçine arasındaki IFSS'yi iyileştirmede en iyi etkiye sahiptir. (1) A-187 içeriği %2 olduğunda ve argon düşük sıcaklıktaki plazma işleme koşulları 2 dakika, 30 W ve 50 Pa olduğunda, değiştirilmiş PBO fiberlerinin IFSS'si 10,44 MPa'ya kadar ulaşabilir; modifikasyon için yalnızca A-187 birleştirme ajanının kullanılmasıyla karşılaştırıldığında %52'lik bir artış ve orijinal fiberlerin IFSS'si ile karşılaştırıldığında %78'lik bir artıştır. PBO elyaflarının ıslanabilirliği de önemli ölçüde geliştirildi. (2) Bir birleştirme maddesi ile birleştirilmiş argon düşük sıcaklıklı plazma ile modifiye edilmiş PBO elyafları için, zaman içinde IFSS'deki düşüş anlamlı değildir; Temas açısındaki artış da önemli değil, stabiliteye doğru bir eğilim gösteriyor ve hatta hafif bir düşüş eğilimi var. Argon düşük sıcaklıklı plazma ile birleştirilmiş bir birleştirme maddesi ile modifiye edilmiş PBO elyaflarının bozunma etkisi belirgin değildir.
5.Hazırlık
PBO, 4,6-diaminoresorsinol dihidroklorürün (DAR-2HCl olarak da bilinir) tereftalik asit ile bir polifosforik asit (PPA) solventi içerisinde polikondensasyonu yoluyla veya P2O5 kullanılarak dehidrasyon yoluyla sentezlenir. PPA, polikondensasyon için hem çözücü hem de katalizör görevi görür. DAR·2HCl monomerinin sentezi, ham madde olarak triklorobenzenden başlayarak Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Dow Chemical Company tarafından başarıyla geliştirildi. Bu yöntem sentez sırasında izomer oluşumunu önler, yüksek verim sağlar ve PBO'nun endüstriyel üretiminde önemli bir rol oynar. Polimer katkı, kuru-ıslak eğirme işlemi kullanılarak eğrilir, ardından yıkama ve kurutma yapılır. Sıvı kristal özelliklerine göre çözündüğünde, sıvı kristal eğirmenin kullanımı, başlangıçtaki eğrilmiş fiberin (AS fiber - standart tip) 3,53 N/tex'in üzerinde bir mukavemete ve 10,84 N/tex'in üzerinde bir elastik modüle sahip olduğu uzatılmış bir zincir yapısı oluşturabilir. Teksas. Modülü iyileştirmek için, yaklaşık 600 derecede ısıl işlem gerçekleştirilebilir; bu, aynı mukavemeti korurken 176,4 N/tex'e kadar modüllü yüksek modüllü bir fiber (HM fiber - yüksek modüllü tip) ile sonuçlanır.
6.Uygulama
PBO elyafları, mükemmel ısı direnci, yüksek mukavemeti ve yüksek modülü ile karakterize edilir ve bu da onları geniş çapta uygulanabilir kılar.
(1) Filament uygulamaları arasında lastikler, taşıma bantları ve hortumlar gibi kauçuk ürünler için takviye malzemeleri; çeşitli plastikler ve beton için takviye malzemeleri; balistik füzeler ve kompozit malzemeler için bileşenlerin güçlendirilmesi; fiber optik kablolar için gergi elemanları ve koruyucu membranlar; elektrik telleri, kulaklık telleri ve diğer esnek teller için takviye edici lifler; halatlar ve kablolar için yüksek gerilimli malzemeler; yüksek sıcaklıkta filtreleme için ısıya dayanıklı filtre malzemeleri; füzeler ve mermiler için koruyucu ekipmanlar, kurşun geçirmez yelekler, kurşun geçirmez kasklar ve yüksek performanslı uçuş kıyafetleri; tenis, sürat tekneleri, yarış yatları için spor malzemeleri; yüksek kaliteli hoparlör diyaframları, yeni iletişim malzemeleri; havacılık malzemeleri vb.
(2) Kıyılmış elyaf ve kağıt hamuru uygulamaları arasında sürtünme malzemeleri ve sızdırmazlık contaları için takviye edici elyaflar; çeşitli reçineler ve plastikler vb. için iyileştirici malzemeler
(3) İplik uygulamaları arasında yangınla mücadele kıyafetleri; dökümhane ve kaynak kıyafetleri gibi erimiş metalin işlenmesine yönelik ısıya dayanıklı iş kıyafetleri; kesilmeye karşı dayanıklı koruyucu giysiler, koruyucu eldivenler ve güvenlik ayakkabıları; yarış arabası sürücüsü kıyafetleri, jokey kıyafetleri; çeşitli spor kıyafetleri ve aktif spor malzemeleri; Carrace pilot kıyafetleri; kesilmeyi önleyici ekipman vb.
(4) Kısa elyaf uygulamaları esas olarak alüminyum ekstrüzyon işlemine yönelik ısıya dayanıklı tampon keçe pedleri; yüksek sıcaklıkta filtreleme için ısıya dayanıklı filtre malzemeleri; termal koruma kemerleri vb.