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我国PBO纤维取得了一定进展,但仍存在较大的成长空间

查荣荣 2019-12-15 2255 0

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我国聚对苯撑苯并二噁唑纤维(PBO)行业起步较晚,但是发展速度较快,高性能纤维的规模化生产打破了长期国外垄断,填补国内空白。但是由于工业基础薄弱,为促进我国军工产业、航空航天、民用高新产业的快速发展,仍有很大的成长空间。本文结合PBO纤维的性能,重点分析了我国PBO纤维行业的技术进展。

摘要:我国聚对苯撑苯并二噁唑纤维(PBO)行业起步较晚,但是发展速度较快,高性能纤维的规模化生产打破了长期国外垄断,填补国内空白。但是由于工业基础薄弱,为促进我国军工产业、航空航天、民用高新产业的快速发展,仍有很大的成长空间。本文结合PBO纤维的性能,重点分析了我国PBO纤维行业的技术进展。

聚对苯撑苯并二噁唑纤维(PBO)是一种杂环聚合物,具有耐高温、高强度等优异特征,在先进复合材料增强领域应用前景广阔。然而,PBO纤维耐紫外线稳定性较差,提高PBO纤维的紫外稳定性研究也尤为重要。

较其他高性能纤维相比,高端PBO纤维性能优异

高端PBO纤维产品强度较高,不仅是钢丝纤维的10倍以上,而且超高碳纤维,耐热温度高,可达到600℃,并且极限氧指数较高,在火焰中不燃烧、不收缩,是最好的高温纺织材料之一。此外,PBO纤维的耐冲击性、耐摩擦性均很优异,并且具有十分优异的化学性能和物理机械性能,兼有间位芳纶耐热阻燃的性能,具体性能对比情况如表1。

表1 PBO与其它高性能纤维的性能比较情况

(资料来源:中国知网)

PBO纤维应用范围广阔,在民用领域、军工国防等特殊领域均有应用

PBO纤维因其优异的性能,不仅可以用于民用领域,而且在军工国防等特殊领域也有应用,随着下游应用的不断拓展,未来发展前景广阔。整体来看,PBO纤维的应用主要分为力学特性增强材料和耐热性两大类,其中,力学特性增强材料应用范围较广,不仅可以用于轮胎、胶管、运输带等,而且还可以制作航天器材、导弹、震动板等。耐热性材料的应用主要用于高温过滤材料如消防服、焊接工作服等,还可以用作玻璃工业制作过程中的缓冲材料,不同种类的PBO纤维的用途情况见表2。

表2 不同种类的PBO纤维的用途情况

(资料来源:中国知网)

我国在PBO纤维制备方面取得了一定进展,仍有很大的成长空间

整体来看,单体合成、聚合体合成和纤维纺丝是PBO纤维制备的主要步骤,并且制备PBO纤维的工艺有很多种,其中常见的方法是以对苯二甲酸和4,6-二氨基间苯二酚为原料,经加热聚合、脱泡和过滤后直接进行干喷纺而制得初纺丝,制备工艺流程如图1。

 

图1 PBO纤维制造工艺流程图

(资料来源:中国知网)

单体合成过程中,4,6-二氨基间苯二酚(DAR)盐酸盐是重要的中间体,并且是影响产品性能的主要因素,常用的方法有间苯二酚磺化法、苯胺法、三氯苯法、l,3-二氯苯法、间苯二酚磺化氯化法、间苯二酚法等。

聚合体合成过程中,最常用的方法是苯二甲酰氯法和对苯二甲酸法,分别以MSA和PPA为溶剂。其中,后者是以TPA与4,6-二氨基间苯二酚的盐酸盐混合,经中和反应、脱色处理、干燥、聚合反应后制备出PBO聚合物。常用的方法还有对中间相聚合法和三甲基硅烷基化法等。

纤维纺丝过程中,一般采用干喷湿纺一水洗干燥液晶纺丝技术,该技术较为成熟,常用的纺丝溶剂有甲磺酸、三氯化铝、多聚磷酸、硫酸、三氯化钙/硝基甲烷等。

近年来,我国不断加大PBO纤维研发投入力度,PBO纤维合成制备已经取得了巨大的进步,包括东华大学、华东理工大学、北京大学、浙江工业大学、上海交通大学、浙江大学等在内的多家高校及研究机构取得了多项PBO纤维研究专利。为满足日益增长的市场需求,我国PBO纤维行业仍有很大的成长空间。

结语

整体来看,较其他材料相比,PBO纤维具有更加优异的化学和物理性能,在军工产业、航空航天等领域应用较广。并且,PBO纤维的应用主要分为力学特性增强材料和耐热性两大类,不仅可以用于轮胎、胶管、运输带等,而且还可以用于高温过滤材料如消防服、焊接工作服等。在工业生产中,主要采用的制备工艺包括单体合成、聚合体合成和纤维纺丝三个步骤。近年来,我国不断加大PBO纤维研发投入力度,并取得了一定进展,包括东华大学、华东理工大学、北京大学、浙江工业大学、上海交通大学、浙江大学等在内的多家高校及研究机构取得了多项PBO纤维研究专利。为满足日益增长的市场需求,我国PBO纤维行业仍有很大的成长空间。

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