PBO纤维（复合型增强材料）

PBO纤维

复合型增强材料

pbo纤维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(SRI)拥有聚苯并唑的基本专利，以后美国陶氏(DOW)化学公司得到授权，并对PBO进行了工业性开发，同时改进了原来单体合成的方法，新工艺几乎没有同分异构体副产物生成，提高了合成单体的收率，打下了产业化的基础。

发展历史

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。1991年由道一巴迪许化纤公司在日本东洋纺公司的设备上开发出PBO纤维，使PBO纤维的强度和模量大幅度上升，达到PPTA纤维的两倍。1994年，日本东洋纺公司得到道一巴迪许化纤公司的准许，出巨资30亿日元建成了400吨/年PBO单体和180吨/年纺丝生产线，并于1995年春开始投入部分机械化生产，1998年的生产能力达到200吨/年，商品名为Zylon。

根据东洋纺对Zylon的发展计划，2000年的生产能力将达到380吨/年，2003年达到500吨/年，2008年达到1000吨/年。现在日本东洋纺仍然是世界上唯一一家可以进行商业化生产PBO纤维的公司。

纤维性能

据东洋纺报道，其高端PBO纤维产品的强度为5.8GPa（德国有报道为5.2GPa），模量180GPa，在现有的化学纤维中最高；耐热温度达到600℃，极限氧指数68，在火焰中不燃烧、不收缩，耐热性和难燃性高于其它任何一种有机纤维。主要用于耐热产业纺织品和纤维增强材料。

PBO纤维的强度、模量、耐热性和抗燃性，特别是PBO纤维的强度不仅超过钢纤维，而且可凌驾于碳纤维之上。此外，PBO纤维的耐冲击性、耐摩擦性和尺寸稳定性均很优异，并且质轻而柔软，是极其理想的纺织原料。

PBO作为21世纪超性能纤维，具有十分优异的物理机械性能和化学性能，其强力、模量为Kevlar(凯夫拉)纤维的2倍并兼有间位芳纶耐热阻燃的性能，而且物理化学性能完全超过迄今在高性能纤维领域处于领先地位的Kevlar纤维。一根直径为1毫米的PBO细丝可吊起450千克的重量，其强度是钢丝纤维的10倍以上。

表面改性

PBO纤维和树脂基体间TIFSS提高，但过多的偶联剂会导致偶联剂交联层过厚，反而会TIFSS降低．而等离子对纤维表面的刻蚀作用首先作用在偶联剂上，使得偶联剂形成接枝交联层，该偶联剂层对纤维能起到一定的保护作用，因此PBO纤维的σ下降的不多。

分析可知，偶联剂与等离子结合起来改性的工艺条件是：A一187偶联剂的含量为2%，氩气低温等离子处理的时间为2min，压力为5Opa，功率为30W。

在所选择的偶联剂中，A一187型偶联剂对提高PBO纤维的开发与环氧树脂间IFSS效果最好，偶联剂的最佳的含量2%．

(1)当A-187含量为2%，氩气低温等离子处理条件为2min，30W，50Pa时，改性后的PBO纤维的ΓIFSS胂高达lO．44MPa，相对于仅用偶联剂A-187改性的ΓIFSS提高了52%，相对于原丝的ΓIFSS提高了78%。PBO纤维的浸润性也得到了很大的改善。

(2)氩气低温等离子结合偶联剂改性后的PBO纤维随着时问的推移，ΓIFSS的下降不明显；接触角增大的幅度也不明显，其变化趋向于平稳，还略有下降趋势。氩气低温等离子体结合偶联剂改性的PBO纤维的衰减效应不明显。

制备

PBO是由4，6—二氨基苯酚盐酸盐(二氨基间苯二酚盐酸盐)与对苯二甲酸以多磷酸(PPA)为溶剂进行溶液缩聚而制得，也可利用P2O5脱水进行缩聚，PPA既是溶剂，也是缩聚催化剂。

单体二氨基间苯二酚的合成，美国道化学公司开发成功以三氯苯为起始原料进行合成，这样在合成过程中不会生成异构体，收率很高，对PBO的工业化生产起了很大的作用。

聚合物纺丝液用干—湿式纺丝法纺丝、水洗、干燥。纺丝液溶至液晶性，采用液晶纺丝法纺丝时能形成伸直链结构，初纺丝(AS丝—标准型)就具有3.53N/tex以上的强度和10.84N/tex以上的弹性模量。为了提高模量，可在约600℃的温度中进行热处理，得到模量达176.4N/tex而强度保持不变的高模量丝(HM丝—高模量型)。

应用

PBO纤维的主要特点是耐热性好、强度和模量高，故应用广泛。

(1)长丝的应用，可用于轮胎、胶带(运输带)、胶管等橡胶制品的补强材料；各种塑料和混凝土等的补强材料；弹道导弹和复合材料的增强组分；纤维光缆的受拉件和光缆的保护膜；电热线、耳机线等各种软线的增强纤维；绳索和缆绳等高拉力材料；高温过滤用耐热过滤材料；导弹和子弹的防护设备、防弹背心、防弹头盔和高性能航行服；网球、快艇、赛艇等体育器材；高级扩音器振动板、新型通讯用材料；航空航天用材料等。

(2)短切纤和和浆粕的应用，可用于摩擦材料和密封垫片用补强纤维；各种树脂、塑料的增强材料等。

(3)纱线的应用，可用于消防服；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；防切伤的保护服、安全手套和安全鞋；赛车服、骑手服；各种运动服和活动性运动装备；Carrace飞行员服；防割破装备等。

(4)短纤维的应用，主要用于铝材挤压加工等用的耐热缓冲垫毡；高温过滤用耐热过滤材料；热防护皮带等。

参考资料

1.pbo纤维表面改性·91再生网