21世纪超级PBO纤维的性能及其应用探讨

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1、综合评述2010年纪代纺织校禾、第3期——21世纪超级PBO纤维的性能及其应用探讨王静(德州学院纺织系，山东德州253015)摘要：介绍了PBO纤维国内外研究状况及其基本情况，它是聚对苯撑苯并双嗯唑纤维(poly-p-phenylenebenzobisthiazole)的简称，同时阐述了PBO纤维的制备过程，该纤维的性能及其应用领域。鉴于PBO纤维的优异性能及应用领域的广泛性，其发展空间和应用前景将会更为广阔。关键词：PBO纤维；增强材料；高聚物；高性能·中图分类号：TQ342．7文献标识码：B文章编号：1009-265X(2010)03-0057-04PBO的聚合物合成方法有多种l

2、2]，但在此阐述最常用的对苯二甲酸PBO合成法：以4，6一二氨基PBO纤维是20世纪8O年代美国为发展航天间苯二酚的盐酸盐为单体原料，与对苯二甲酸航空事业而开发的复合材料用增强材料，是含有杂(TPA)混合，经过中和反应、脱色处理、干燥后制成环芳香族的聚酰胺家族中最有发展前途的一个成复合盐，再以多聚磷酸PPA为溶剂，添加五氧化二员，被誉为21世纪超级纤维，具有十分优异的物理磷和抗氧化剂，PPA既是溶剂，也是缩聚催化剂，经机械性能和化学性能，其强力、模量为迄今在高性能过预聚合反应制备出PBO聚合物，反应式如下。纤维领域处于领先地位的Kevlar纤维(凯夫拉)的2HO~OH，．．．HH。I

3、I—一_。H倍，并兼有间位芳纶耐热阻燃的性能[1]。据研究表HN／一工-入NHL—，／HNNH，n明：一根直径为lmm的PBO细丝可吊起450kg的PPA重量，其强度是钢丝纤维的10倍以上。PBO优异I3O～200℃的性能决定它有着广阔的发展空间和应用前景。1PBO纤维研究概况PBO纤维的制备方法类似于Kevlar纤维的液晶纺丝法——干喷湿纺法、水洗、干燥。所选的纺丝PBO是聚对苯撑苯并双唑纤维(poly-p—溶剂有多聚磷酸(PPA)、甲磺酸(MSA)、MSA／氯磺phenylenebenzobisthiaz0le)的简称，是20世纪7O酸、硫酸、三氯化铝和三氯化钙／硝基甲烷等，一般

4、多年代美国空军材料实验室开发的，它的主要合成单选用PPA为纺丝溶剂。所以PBO在PPA中的缩体之一为4，6一二氨基一1，3一苯二酚盐酸盐(简称为聚溶液即可作为纺丝原液，PBO在PPA溶剂中的DAR)。是一种高性能的芳香族杂环聚合物，是继质量分数通常调整在1O～20之间，采用干喷湿Kevlar纤维之后出现的又一合成的高性能纤维，其纺液晶纺丝装置。80～180℃的纺丝浆液通过喷丝强度超过碳纤维、Kevlar等纤维。其商品名为柴隆孔进入5～25cm的空气层后，进入浓度<3O的(Zylon)，化学结构式如下：PPA溶液凝固浴中，拉伸比控制在10~20，经水洗、干燥得到PBO。纺丝中干纺区的空

5、气温度为5O～100℃，喷丝孔径为0．013～0．2mm或0．25ram(单孔纺丝)。纺丝过程，对丝束稍加拉伸时，纺丝浆液由PBO化学结构式可知，该高聚物具有高性能在挤出应力作用下很容易实现分子链沿应力方向及有机纤维性能原料的内在条件：分子主链上有足够纤维轴向高度取向，形成刚性伸长原纤结构。初纺刚硬的化学键、有足够长的大分子链、分子构象是线丝(AS丝一标准型)就具有3．53N／tex以上的强度型的。和10．84N／tex以上的弹性模量。为了提高模量，收稿日期：2OO9一o8—24再在500~600℃的高温下进行热处理，以使微纤维作者简介：王~-(1971一)，女，山东陵县人，副教授，

6、主要从结构固定，消除微纤维之间的空隙，使结构进一步致事高性能纤维增强复合材料产品的开发与研究。密，结晶更趋完整，可得到模量达174．4N／tex而强·57·2010年纪代l2j识校第3期综合评述度保持不变的高模量丝(HM丝即高模量型)。纤维性能纤维测试了断裂强度、模量、断裂伸长率、密度、的卷绕速度一般为100~200m／min)。回潮率、LOI、裂解温度等指标，并加以比较。测试1．1国际上PBO纤维的进展状况结果见表1。PBO是由美国空军空气动力学开发研究人员发明的，首先由美国斯坦福(Stanford)大学研究所表1高性能纤维的性能对比(SRI)拥有聚苯并唑的基本专利，道(DOW)化

7、学公悯纤维跚N／rex司取得授权进行工业化开发。1990年日本东洋纺公司从美国道化学公司购买了PBO专利技术。ZylonAS3．71803．51．542686501991年由道一巴迪许化纤公司在日本东洋纺公司的对位芳族1．951O92．41．454．52955O设备上开发出PBO纤维。1994年，日本东洋纺公司聚酰胺同位芳族得到道一巴迪许化纤公司的准许，建成了400t／年PBOO．4717221．384．529400聚酰胺单体和180t／年纺丝生产线，并于