1. 개발 연혁
PBO는 미 공군의 공기역학 연구자들이 발명했습니다. 폴리벤조티아졸에 대한 기본특허는 미국 스탠포드연구소(SRI)가 보유하고 있다. 이후 Dow Chemical Company는 라이센스를 획득하고 PBO를 산업적으로 개발하는 동시에 원래의 단량체 합성 방법을 개선했습니다. 새로운 공정은 이성질체 부산물을 거의 생성하지 않아 합성된 단량체의 수율을 높이고 산업화의 기반을 마련했습니다. 1990년 일본 도요보는 다우케미칼로부터 PBO 특허기술을 인수했다. 1991년 Dow-Badische Textile Company는 Toyobo의 장비에서 PBO 섬유를 개발하여 PBO 섬유의 강도와 모듈러스를 PPTA 섬유의 두 배로 크게 높였습니다. 1994년 Dow-Badische Textile Company의 허가를 받아 Toyobo는 30억 엔을 투자하여 연간 PBO 모노머 400톤과 방사량 180톤을 생산할 수 있는 생산 라인을 구축했습니다. 1995년 봄부터 부분적인 기계화 생산이 시작되어 1998년에는 Zylon이라는 제품으로 생산능력이 200톤/년에 이르렀습니다. Toyobo의 Zylon 개발 계획에 따르면 생산 능력은 2000년까지 380톤/년, 2003년까지 500톤/년, 2008년까지 1000톤/년에 이를 것으로 예상되었습니다. 현재, Toyobo는 상업적으로 생산할 수 있는 세계 유일의 회사로 남아 있습니다. PBO 섬유를 생산하고 있습니다.
2.PBO 섬유의 발전 전망
최근에는 유럽, 미국, 일본 등 선진국 및 지역의 초고층빌딩, 대형교량, 해양공학 등 건설분야에서 고성능 섬유복합보강재가 광범위하게 사용되고 있다. 섬유포에 에폭시 수지를 함침시켜 콘크리트 표면에 접착함으로써 기존 구조물의 내하력과 내진성을 대폭 향상시킬 수 있습니다. 더욱이 교량 건설 시 강철 케이블은 자체 무게로 인해 더 긴 교량에 사용할 수 없습니다. 대신 더 가볍고 강한 케이블을 선호하는 경향이 있습니다. 비강도가 높고 치수 안정성이 우수한 PBO 섬유로 만든 케이블이 최선의 선택입니다. PBO 섬유는 내열재료 분야에서 전통적인 석면재료를 점차 대체하고 있으며 현재 350도 이하의 온도에서 방향족 폴리아미드 및 기타 난연성 섬유의 대체를 모색하고 있습니다. 350도 이상의 온도에서는 스테인레스 스틸 섬유 또는 세라믹 섬유 및 기타 무기 섬유를 대체합니다. 무기섬유는 매우 단단하고 긁힘이 발생해 성능에 영향을 미치는 경향이 있기 때문에 PBO 섬유는 무기섬유의 단점을 극복할 가능성이 높다. 기존 유기섬유는 내열성이 부족해(대부분 400도 이하) 응용개발에 한계가 있었다. 그러나 PBO 섬유의 분해온도는 최대 650도에 달해 유기섬유 중 가장 높다. 따라서 350도 이상의 응용 분야에서 유기 섬유의 사용을 PBO 섬유로 대체하여 PBO 섬유 내열 재료의 응용 범위를 넓히고 발전시키는 것이 전적으로 가능합니다. 국제 연구에 따르면 PBO 섬유는 전기 절연 재료, 위성 탐지, 경량 재료, 자동차 산업 및 심해 유전 개발과 같은 다른 분야에서 많은 잠재적 응용 분야를 가지고 있는 것으로 나타났습니다. PBO 섬유는 고속철도 차체 소재로 차체 무게를 줄일 뿐만 아니라 강도도 높여준다. PBO 섬유의 내화학성을 활용하여 다양한 내식성 보호복을 만들 수 있습니다. 우주 탐사에서 제한된 부담을 줄이기 위해 PBO 섬유는 우주에서 사용되는 패스너와 스트랩을 만드는 데 적합합니다. 우주 우주 환경 온도 -10도 ~ 460도 범위에서는 내열성 탐지 풍선의 재료로도 사용할 수 있습니다. 스포츠 경기 항해 분야에서 돛은 주로 고강도, 고탄성 섬유로 만들어진 시트 모양의 얇은 판으로 만들어집니다. 바람에 노출될 때 돛의 변형을 최소화하려면 경주용 돛을 생산할 때 가장 높은 모듈러스의 PBO 섬유를 찾아야 합니다. PBO 섬유는 기계적 성질이 뛰어나 골프 클럽, 테니스 라켓, 스키 폴, 스키 보드, 서핑 보드, 양궁 활시위, 자전거 경주 휠 제조에 가장 적합한 소재이기도 합니다. PBO 섬유의 핵심 기술 연구 개발과 산업화를 통해 중국은 외국 기술의 장기적인 통제와 독점에서 벗어나 독립적인 혁신, 밝은 전망, 국내 및 대규모 개발의 광범위한 적용의 길로 나아갈 수 있습니다. PBO 섬유의. 이는 중국의 항공우주, 국방, 군사 및 민간 산업에서 고성능 PBO 소재의 개발과 지속 가능한 사용에 기여할 것입니다.
3.섬유 특성
Toyobo 보고서에 따르면 고급 PBO 섬유 제품의 강도는 5.8GPa(독일에서는 5.2GPa로 보고됨)이며 모듈러스는 180GPa로 기존 화학 섬유 중 가장 높습니다. 600도까지 견딜 수 있고, 한계산소지수가 68로 화염 속에서도 타거나 줄어들지 않아 다른 어떤 유기섬유보다 높은 내열성과 난연성을 자랑합니다. 주로 내열 산업용 섬유 및 섬유강화 소재에 사용됩니다.
PBO와 다른 고성능 섬유의 비교: PBO 섬유의 강도, 모듈러스, 내열성 및 난연성, 특히 강도는 강철 섬유를 초과할 뿐만 아니라 탄소 섬유를 능가합니다. 또한, PBO 섬유는 내충격성, 내마모성, 치수안정성이 우수하고, 가볍고 부드러우므로 매우 이상적인 섬유원료입니다.
PBO는 21세기 초고성능 섬유로 뛰어난 물리적, 기계적, 화학적 특성을 가지고 있습니다. 강도와 모듈러스가 케블라 섬유의 2배에 달하고, 메타아라미드 섬유의 내열성, 난연성도 갖추고 있어, 종합적인 물리화학적 특성이 고성능화 분야를 선도해 온 케블라 섬유를 완전히 능가합니다. 섬유. 직경 1mm의 PBO 필라멘트 1개는 강선 섬유보다 10배 이상 강한 450kg의 무게를 들어 올릴 수 있습니다.
4.PBO 섬유의 표면 개질.
PBO 섬유와 수지 매트릭스 사이의 계면 전단 강도(IFSS)는 향상될 수 있지만, 커플링제의 과도한 양은 커플링제의 가교층이 두꺼워져 IFSS가 감소할 수 있습니다. 섬유 표면의 플라즈마 에칭은 주로 커플링제에 영향을 미치고 섬유에 대한 특정 보호를 제공하는 접목된 가교층을 형성하므로 PBO 섬유의 σ 감소는 중요하지 않습니다. 분석에 따르면 커플링제와 플라즈마 개질의 결합 공정에 대한 최적 조건은 다음과 같습니다. A-187 커플링제 함량 2%, 아르곤 저온 플라즈마 처리 시간 2분, 압력 50Pa, 출력 2% 선택된 커플링제 중 A-187 유형은 PBO 섬유와 에폭시 수지 사이의 IFSS 개선에 가장 좋은 효과를 나타냈으며 최적 함량은 2%입니다. (1) A-187 함량이 2%이고 아르곤 저온 플라즈마 처리 조건이 2분, 30W, 50Pa일 때 변형 PBO 섬유의 IFSS는 최대 10.44MPa에 도달할 수 있으며, 개질을 위해 A-187 커플링제만을 사용하는 것에 비해 52% 증가하고, 원래 섬유의 IFSS에 비해 78% 증가합니다. PBO 섬유의 습윤성도 크게 향상되었습니다. (2) 커플링제와 결합된 아르곤 저온 플라즈마로 변형된 PBO 섬유의 경우 시간 경과에 따른 IFSS 감소는 크지 않습니다. 접촉각의 증가도 크지 않아 안정성을 보이는 경향이 있으며 약간의 하향 추세도 있습니다. 커플링제와 결합된 아르곤 저온 플라즈마로 개질된 PBO 섬유의 열화 효과는 뚜렷하지 않습니다.
5. 준비
PBO는 폴리인산(PPA) 용매에서 4,6-디아미노레조르시놀 이염산염(DAR·2HCl로도 알려짐)과 테레프탈산의 용액 중축합이나 P2O5를 사용한 탈수를 통해 합성됩니다. PPA는 중축합을 위한 용매이자 촉매 역할을 합니다. 단량체 DAR·2HCl의 합성은 트리클로로벤젠을 원료로 하여 미국의 Dow Chemical Company에 의해 성공적으로 개발되었습니다. 이 방법은 합성 중 이성질체의 형성을 방지하여 높은 수율을 제공하고 PBO의 산업적 생산에 중요한 역할을 합니다. 폴리머 도프는 건식-습식 방사 공정을 사용하여 방사된 후 세척 및 건조됩니다. 액정성으로 용해되었을 때, 액정 방사를 이용하면 연장된 사슬 구조를 형성할 수 있으며, 초기 방사된 섬유(AS 섬유 - 표준형)는 강도 3.53N/tex 이상, 탄성률 10.84N/tex 이상을 갖습니다. 텍스. 모듈러스를 향상시키기 위해 약 600도에서 열처리를 하면 동일한 강도를 유지하면서 최대 176.4N/tex의 모듈러스를 갖는 고모듈러스 섬유(HM 섬유 - 고모듈러스형)를 얻을 수 있습니다.
6.신청
PBO 섬유는 내열성이 우수하고 강도가 높으며 모듈러스가 높은 것이 특징으로 폭넓게 적용 가능합니다.
(1) 필라멘트의 용도로는 타이어, 컨베이어벨트, 호스 등 고무제품의 보강재; 각종 플라스틱 및 콘크리트 보강재; 탄도 미사일 및 복합 재료용 부품 강화; 광섬유 케이블용 인장재 및 보호막; 전선, 헤드폰선, 기타 유연선용 강화섬유; 로프 및 케이블용 고장력 재료; 고온여과용 내열여과재; 미사일 및 총알 보호 장비, 방탄조끼, 방탄헬멧, 고성능 비행복; 테니스, 스피드보트, 경주용 요트용 스포츠 장비; 고급 스피커 진동판, 새로운 통신 재료; 항공우주재료 등
(2) 절단 섬유 및 펄프의 용도에는 마찰재용 강화 섬유 및 밀봉 개스킷이 포함됩니다. 각종 수지, 플라스틱 등의 강화재료
(3) 원사의 용도에는 소방복이 포함됩니다. 주조 및 용접 의류와 같은 용융 금속 취급을 위한 내열 작업복; 베임 방지용 보호복, 안전장갑, 안전화; 경주용 자동차 운전복, 기수 복장; 다양한 스포츠웨어 및 액티브 스포츠 장비; Carrace 파일럿 슈트; 절단 방지 장비 등
(4) 단섬유의 용도는 주로 알루미늄 압출 가공용 내열성 완충 펠트 패드를 포함합니다. 고온여과용 내열여과재; 열 보호 벨트 등