纺织导报-高性能纺织纤维PBO的产业化发展.pdf
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1、应用技术I 纤维技术 P B o ( 聚对苯撑苯并双嘿唑) 纤维是近年来出现的一 种高强度、高模量、低密度的纺织纤维,其综合性能优异, 被誉为“2 l 世纪的超级纤维”。P B O 纤维于2 0 世纪7 0 年代 晚期由美国空军与史丹弗研究中心最先开始研究,随后于 8 0 年代转至美国D o w C h e r I l i c a l ( 陶氏化学) 公司继续开发, 继而以专利形式将合成技术转移至日本东洋纺公司。日本 东洋纺公司得到专利许可后继续研究,逐渐形成产业化生 产,于1 9 9 4 年建成了1 8 0 “a 的纤维生产线,产品的商品 名为z y l o n 。根据东洋纺的发展计划,2
2、0 0 8 年其纤维产量 将达到10 0 0 池。 1 P B O 纤维的应用 由于P B 0 纤维具有出色的物理化学性能,当年一问世 即被视为航空航天及军事等领域的新一代先进复合材料, 迅速在美国和日本等国的航天航空、防火、军事及汽车工 业领域中得到应用。目前,P B O 纤维及其产品的应用范围 非常广泛,涵盖多个领域。 P B O 纤维在纺织复合材料方面的应用最为广泛。将其 复合材料用于装甲车或者船舶飞机上,比用其它复合材料 的重量要减轻1 3 以上,而强度则增加1 倍以上。目前,以 P B O 纤维或长丝为增强体而生产的复合材料已被广泛应用 l II 作者简介:牛玖荣,女,1 9 6 3
3、 年生,副教授,中原工学院, I I4 5 0 0 0 7 。 5 8 于航空与航天业、军事装备及体育、机械、运输、农业等 各个领域。例如用P B 0 复合材料制作的轮胎、胶带( 运输 带) 、各种塑料、特种混凝土、弹道导弹部件、纤维光缆受 拉件,光缆的保护膜等。 P B 0 以长丝形态直接应用在军事和工业中也非常普 遍。例如作为电热线、耳机线等各种软线的增强纤维,制 成缆绳等高拉力材料,或做成高温过滤用耐热过滤材料以 及导弹和子弹的防护设备、防弹背心,防弹头盔和高性能 航行服等。 P B O 的短纤纱则广泛用于消防服、炉前工作服、焊接 工作服等耐热工作服中,它们在火焰中不燃烧、不收缩,手 感
4、柔软,是军队和体育服装装备中的极品。另外,P B O 短 纤纱还可制成防切伤保护服、安全手套、安全鞋和各种运 动服,可以有效地保护人体被割破划伤。 近年来,P B O 纤维的产品日益丰富,正在不断向各个 领域进行拓展,一些新应用领域也不断出现,例如将P B O 纤维作为碳纤维母体直接连续化生产碳纤维,将P B 0 纤维 用于医疗器械甚至是人造坚硬性人体器官中等。可以想象, 由于P B O 纤维的优异性能,其产品的应用将会更加广泛。 2 P B O 纤维的产业化 2 1 发展近况 近几年,P B O 纤维的生产工艺技术有了较大提高,但 纺织导报C h i n aT e x 圳“e a d e r
5、 2 0 0 8N o 8 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 主要集中在对原有工艺的改进上,目前还未出现具有实质 性进步的全新工艺。目前,大多数P B O 的制备方法还未能 产业化,仅局限于实验室阶段。日本东洋纺公司是世界上 首家实现P B O 纤维产业化的公司,近年来它在控制P B O 单 体合成、反应速度及其性能方面都取得了一定成果。P B 0 纤维与其它高性能纤维的各项性能指标对比见表1 。 表1P B O 纤维与其他高性能纤维比较 我国为了掌
6、握具有自主产权的P B O 纤维规模化生产技 术,近年来不断有学者投入研究( 表2 ) ,各地政府也将P B O 纤维的规模化生产项目列为重点支持项目,尤其是一些科 研基础雄厚的地区已明确提出重点资助P B o 纤维规模化生 产的研究。 表2 国内对P B O 制备的研究情况 2 2P B O 纤维产业化所面临的问题 P B O 纤维是公认的超级型纤维,其重要价值已被各国 认可。但迄今为止,全世界只有日本东洋纺公司具有产业 化生产P B O 纤维的技术。由于其科技含量高,应用领域影 响重大,日本对除美国及德国等极少数国家外的所有国家 都禁销该产品,仅象征性地提供极少量P B O 纤维供各国科
7、研机构研究使用,因此造成了P B O 纤维生产技术的高度垄 断。同时,东洋纺公司生产P B 0 的技术也存在着一些问题, 黝术l 应用技术E 如原料有限、成本过高、硝化过程废酸处理难、三废处理 易产生剧毒物质等,从而抬高了P B 0 的总体成本。 近两年,随着原油的不断涨价和劳动力成本的增加, P B O 纤维的价格也在不断上涨。2 0 0 7 年,制备P B O 所需 的关键中间体D A R 达到l2 0 0 元k g ,P B O 的纤维成品则 高达2 7 0 0 元k g ( 表3 ) 。 表3P B 0 纤维和其它高性能纤维的参考价格 元,k g 正是技术垄断和生产成本过高这两个因素,
8、造成了 P B O 纤维价格的异常昂贵,大大限制了其在各国的研究及 推广。 3 P B O 纤维的制备 3 1 单体制备 P B O 单体的制备普遍存在着污染环境、价格成本高、 产出率不高等问题,为此很多科研工作者进行了多方面的 研究,提出了不同方法。 ( 1 ) 间苯二酚法 由w o 如等人设计,s c h I I I i t t 等人改进。将间苯二酚乙 酞化,用混酸硝化,再用乙酸乙醋经多次重结晶得到高纯 度4 ,6 一D N B D O 。然后在稀盐酸催化氢化还原后用H C l n 伊处理,再用含氯化亚锡的无氧水重结晶并用浓盐酸处 理,所得中间体在多聚磷酸中与对苯二甲酸缩聚即得P B O
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- 纺织 导报 性能 纤维 PBO 产业化 发展
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