1. Historique du développement
Le PBO a été inventé par des chercheurs en développement aérodynamique de l'Air Force. Premièrement, le Stanford University Research Institute (SRI) des États-Unis détient le brevet de base du polybenzoazole. Plus tard, Dow Chemical Company des États-Unis a été autorisée à développer le PBO sur une base industrielle, tout en améliorant la méthode originale de synthèse des monomères. Le nouveau procédé ne produit presque pas de sous-produits isomères, ce qui améliore le rendement en monomère synthétique et jette les bases de l'industrialisation. En 1990, Toyo Textile Company du Japon a acheté la technologie brevetée PBO de Dow Chemical Company des États-Unis. En 1991, la fibre PBO a été développée par Do-i-Badish Chemical Fiber Company sur l'équipement de Toyo Textile Company au Japon, ce qui a considérablement augmenté la résistance et le module de la fibre PBO, atteignant le double de celle de la fibre PPTA. En 1994, la société de filature Toyo du Japon's a obtenu un mauvais permis de la société de fibres chimiques Xu's, une énorme quantité de 3 milliards de yens a construit 400 tonnes/an de monomère PBO et 180 tonnes/an ligne de production de filature, et au printemps 1995 a commencé à mettre en partie la production mécanisée, la capacité de production 1998 a atteint 200 tonnes/an, le nom du produit Zylon. Selon le plan de développement de Toyo Tex's pour le Zylon, la capacité de production atteindra 380 tonnes/an en 2000, 500 tonnes/an en 2003, et 1 000 tonnes/an en 2008. Toyo Tex est toujours la seule entreprise dans le monde qui peut produire commercialement de la fibre PBO.
2. Perspective de développement de la fibre PBO
Ces dernières années, les matériaux renforcés de fibres composites hautes performances sont largement utilisés dans les immeubles de grande hauteur, les grands ponts, l'ingénierie océanique et d'autres domaines de la construction en Europe, en Amérique, au Japon et dans d'autres pays et régions développés. Le tissu de fibres imprégné de résine époxy est collé sur la surface du béton, ce qui peut grandement améliorer la capacité portante et la résistance aux séismes de la structure d'origine. De plus, en termes de construction de pont, le câble en fil d'acier ne peut pas être utilisé pour de longs ponts en raison de son poids propre, et le câble léger et à haute résistance est le meilleur choix. Comparé au câble à haute résistance et bonne stabilité dimensionnelle, le câble en fibre PBO est le meilleur choix.
La fibre PBO remplace progressivement le matériau amiante traditionnel dans le domaine des matériaux résistants à la chaleur, et elle explore également l'utilisation de la fibre PBO dans le domaine d'application en dessous de 350℃ pour remplacer la fibre ignifuge telle que le polyamide aromatique. Lorsqu'elles sont appliquées au-dessus de 350 ℃, les fibres inorganiques telles que les fibres d'acier inoxydable ou les fibres de céramique peuvent être remplacées. Les fibres inorganiques sont dures et le produit est sujet aux cicatrices, ce qui affecte ses performances. Cependant, la fibre PBO est tout à fait possible de pallier la carence en fibre inorganique. Dans le passé, la résistance thermique des fibres organiques n'était pas suffisante (principalement en dessous de 400 ℃), ce qui limitait l'application et le développement des fibres organiques. Cependant, la température de décomposition des fibres PBO a atteint 650℃, ce qui était la plus élevée de toutes les fibres organiques. Par conséquent, il est tout à fait possible de remplacer la fibre PB0 par la fibre PB0 pour l'application de fibre organique au-dessus de 350℃, et l'application de fibre PB0 en tant que matériau résistant à la chaleur peut être étendue et développée.
Des études étrangères montrent qu'il existe de nombreuses applications pour la fibre PBO dans d'autres domaines, tels que les matériaux d'isolation électrique, l'exploration par satellite, les matériaux légers, l'industrie automobile et le développement de champs pétrolifères en eaux profondes. La fibre PBO en tant que carrosserie de train à grande vitesse peut non seulement réduire le poids de la carrosserie, mais également augmenter la résistance de la carrosserie. Toutes sortes de vêtements de protection résistants à la corrosion peuvent être fabriqués en utilisant des fibres PBO pour résister à la corrosion chimique. Afin de réduire la charge limitée dans l'espace, la fibre PBO convient à la fabrication de boutons et de ceintures utilisés dans l'espace. Il peut également être utilisé comme matériau de ballon résistant à la chaleur dans des environnements spatiaux allant de -10 ° C à une température de surface de 460 ° C. Dans l'aspect de la voile d'aviron de compétition sportive, il est principalement constitué d'un matériau en feuille de haute fibre de résistance et de module élevé. Afin de faire en sorte que la toile ait le degré de déformation minimum lorsqu'elle est soufflée par le vent, il est nécessaire de rechercher la fibre PBO avec le module le plus élevé pour réaliser la voile d'aviron. En raison de ses excellentes propriétés mécaniques, la fibre PBO est également le meilleur matériau pour fabriquer des clubs de golf, des raquettes de tennis, des bâtons de ski, des skis, des planches de surf, des cordes de tir à l'arc et des voitures de course à vélo.
La recherche et le développement et l'industrialisation des technologies clés de la fibre PBO permettront à la fibre PBO de la Chine&de se débarrasser du dilemme d'être longtemps soumise au monopole et au contrôle des technologies étrangères, et de s'engager sur une route d'innovation indépendante, de perspectives brillantes et d'une large application de la localisation de la fibre PBO et du développement à grande échelle. Il est utile pour le développement, l'application et le développement durable de matériaux PBO haute performance dans l'aérospatiale, la défense nationale et l'industrie civile chinoises.
3, performances de la fibre
Selon Toyo Tex, la résistance de sa fibre PBO haut de gamme est de 5,8 GPa (le rapport allemand est de 5,2 GPa) et le module est de 180 GPa, qui est le plus élevé parmi les fibres chimiques existantes. Température de résistance à la chaleur jusqu'à 600 ℃, indice d'oxygène limite 68, la flamme ne brûle pas, ne rétrécit pas, la résistance à la chaleur et l'inflammabilité sont supérieures à celles de toute autre fibre organique. Principalement utilisé dans les textiles industriels résistants à la chaleur et les matériaux renforcés de fibres.
Comparaison des performances entre le PBO et d'autres fibres hautes performances :
Le tableau montre que la résistance, le module, la résistance à la chaleur et la résistance aux flammes de la fibre PBO, en particulier la résistance de la fibre PBO, dépassent non seulement celle de la fibre d'acier, mais également celle de la fibre de carbone. De plus, la fibre PBO a une excellente résistance aux chocs, résistance au frottement et stabilité dimensionnelle, et est légère et douce, ce qui en fait un matériau textile idéal.
En tant que fibre super performante au 21e siècle, le PBO possède d'excellentes propriétés physiques et mécaniques et des propriétés chimiques. Sa résistance et son module sont deux fois supérieurs à ceux de la fibre KEVLAR (Kevlar), et il possède également les propriétés de résistance à la chaleur et d'ignifugation de la fibre d'aramide interdimensionnelle, et ses propriétés physiques et chimiques sont complètement meilleures que celles du KEVLAR, qui est le leader position dans le domaine de la fibre haute performance à ce jour. Un filament PBO de 1 mm de diamètre peut soulever jusqu'à 450 kg et est plus de 10 fois plus résistant que la fibre d'acier.
4. Modification de la surface de la fibre PBO
Le TIFSS entre la fibre PBO et la matrice de résine est augmenté, mais trop d'agent de couplage conduira à une couche de réticulation trop épaisse de l'agent de couplage, ce qui réduira plutôt le TIFSS. Cependant, l'effet de gravure plasma sur la surface de la fibre est d'abord appliqué à l'agent de couplage, ce qui fait que l'agent de couplage forme une couche de réticulation greffée. Cette couche d'agent de couplage peut protéger la fibre dans une certaine mesure, de sorte que le de la fibre PBO ne diminue pas beaucoup.
D'après l'analyse, les conditions technologiques de l'association de l'agent de couplage et de la modification plasma sont les suivantes : la teneur en agent de couplage A-187 est de 2%, le temps de traitement du plasma d'argon à basse température est de 2 min, la pression est de 5opA , la puissance est de 30W. Parmi les agents de couplage sélectionnés, A-187 a eu le meilleur effet sur l'amélioration de l'IFSS entre le développement des fibres PBO et la résine époxy, et la teneur optimale en agent de couplage était de 2 %.
(1) Lorsque la teneur en A-187 était de 2 % et que les conditions de traitement au plasma à basse température étaient de 2 min, 30 W et 50 Pa, le IFSS de la fibre PBO modifiée était aussi élevé que Lo. 44MPa, ce qui était 52% plus élevé que celui du PAIFSS modifié avec A-187 uniquement, et 78% plus élevé que celui du PAIFSS d'origine avec A-187. La mouillabilité des fibres PBO a également été grandement améliorée.
(2) La diminution de ΓIFSS de la fibre PBO modifiée par l'agent de couplage plasma d'argon n'est pas évidente avec le passage du temps. L'augmentation de l'angle de contact n'est pas évidente, et son changement a tendance à être stable, avec une légère tendance à la baisse. L'effet d'atténuation de la fibre PBO modifiée par l'agent de couplage plasma à basse température d'argon n'est pas évident.
5, préparation
Le PBO est préparé par condensation en solution de chlorhydrate de 4,6-diaminophénol (chlorhydrate de diaminophénol) et d'acide téréphtalique avec de l'acide polyphosphorique (PPA) comme solvant, et peut également être condensé par déshydratation de P2O5. Le PPA est à la fois un solvant et un catalyseur de polycondensation.
La synthèse du monomère diamino-résorcinol a été développée avec succès par Dow Chemical Company aux États-Unis avec du trichlorobenzène comme matière première à synthétiser. De cette façon, l'isomère ne sera pas généré dans le processus de synthèse, et le rendement est très élevé, ce qui joue un grand rôle dans la production industrielle de PBO.
La solution de filage polymère est filée, lavée et séchée par la méthode de filage sec-humide. La solution de filage est un cristal liquide, et la structure de chaîne allongée peut être formée lorsque le procédé de filage à cristal liquide est utilisé. Le filage initial (filament AS -- type standard) a une résistance de 3,53N/Tex et un module d'élasticité de 10,84N/Tex. Afin d'améliorer le module, un traitement thermique peut être effectué à une température d'environ 600℃ à obtenir un fil haut module (HM -- type haut module) avec un module de 176,4N/Tex et une résistance constante.
6, demande
Les principales caractéristiques de la fibre PBO sont une bonne résistance à la chaleur, une résistance et un module élevés, elle est donc largement utilisée.
(1) l'application de filament, peut être utilisée pour les pneus, le ruban en caoutchouc (ceinture de transport), le tuyau en caoutchouc et d'autres produits en caoutchouc de matériaux de renforcement ; Toutes sortes de matériaux de renforcement en plastique et en béton; Missiles balistiques et composants renforcés en matériaux composites ; Les parties de traction des câbles à fibres optiques et le film protecteur des câbles optiques ; Fibre de renforcement pour divers fils souples tels que le fil chaud électrique et le câble pour casque ; Matériaux à haute résistance tels que cordes et câbles ; Matériaux filtrants résistants à la chaleur pour une filtration à haute température ; Équipements anti-missiles et pare-balles, gilets pare-balles, casques pare-balles et vêtements de navigation haute performance ; Équipements sportifs tels que tennis, hors-bord et bateau de course ; Plaque vibrante de haut-parleur avancée, nouveaux supports de communication ; Matériaux aérospatiaux, etc.
(2) l'application de fibre et de pulpe hachées, peut être utilisée pour les matériaux de friction et la fibre de renforcement du joint d'étanchéité; Renforts de diverses résines et plastiques, etc.
(3) l'application de fil, peut être utilisé pour les vêtements de protection contre l'incendie; Combinaisons de four, combinaisons de soudage et autres combinaisons résistantes à la chaleur utilisées dans le traitement des sites de métal en fusion; Vêtements de protection, gants de sécurité et chaussures de sécurité contre les coupures ; Combinaisons de course, combinaisons d'équitation; Toutes sortes de vêtements de sport et d'équipements de sports actifs; Combinaison pilote Carrace ; Équipement anti-coupure, etc.
(4) l'application de fibres courtes, principalement utilisées pour le traitement d'extrusion d'aluminium, un tapis de coussin résistant à la chaleur; Matériaux filtrants résistants à la chaleur pour une filtration à haute température ; Ceintures de protection thermique, etc.
source : Shen Dun Sha Xian
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