第一情报 ---材料工业

PBO纤维的主要物化性能

国内外文献研究表明:聚对苯撑苯并二嗯唑纤维(Poly-p-phenylene benzo- bisoxazazole fiber,简称PBO纤维)的抗拉强度和模量在现有化学纤维中为最高,在火焰中不燃烧、不收缩,耐热性和难燃性高于其他任何一种有机和无机纤维,耐冲击性、耐摩擦性和尺寸稳定性均很优异,并且轻质柔软,是极理想的高性能航天、航空等领域先进结构复合材料。由于兼备力学性能和耐高温、抗燃等两种最高特性,接近于理想的超纤维,素有纤维之王之称。PBO纤维的缺点是耐光性差,受紫外线照射影响纤维的强度,因此使用时应避光。未经表面处理的PBO纤维复合材料抗层间剪切强度低于芳纶复合材料,抗压强度和染色性也较差。PBO纤维与其他高性能纤维的性能比较见下表1:
 
表1 PBO纤维与其他高性能纤维的主要性能比较
 
纤维名称
  拉伸强度
GPa
拉伸模量GPa
断裂伸长率
%
密度g/cm3
回潮率
%
极限氧指数
%
分解温度
PBO纤维Zylon-AS
5.80
180.0
3.5
1.54
2.0
68
650
PBO纤维Zylon-HM
5.80
270.0
2.5
1.56
0.6
68
650
对位芳纶纤维PPTA
2.82
109.0
2.4
1.45
4.5
29
550
钢丝
2.80
200.0
1.4
7.80
0
 
 
碳纤维T700
5.10
229.0
2.2
1.80
 
 
677
碳纤维HM
3.30
413.0
0.5
1.87
 
 
 
聚苯并咪唑纤维PBI
0.40
5.6
30.0
1.40
1.5
41
550
高强聚酯纤维
1.10
15.0
25.0
1.38
0.4
16.5
260
高强聚乙烯纤维
2.05
110.0
3.5
0.97
 
 
150
玻璃纤维
2.20
68.0
3.0
2.50
 
 
 
 
PBO纤维的主要物化性能表述如下:
 
1. 力学性能:PBO纤维具有优良的力学性能,特别是PBO纤维的抗拉强度不仅超过钢纤维,而且可凌驾于碳纤维之上。在力学性能上,PBO纤维的抗拉强度及弹性模量约为对位芳纶的近两倍,其模量被认为是直链高分子聚合物的极限模量。一根直径为lmm的PBO细丝可吊起450kg的重物,其抗拉强度是钢丝纤维的l0倍以上,是力学性能唯一超过钢丝纤维的化学合成纤维。
 
2. 热稳定性能:PBO纤维的热分解温度高达650℃,被认为是目前热稳定性最高的有机纤维。工作温度高达300-500℃,在300℃空气中100h后,抗拉强度保持率为48%左右,在500℃时其强度仍能保持40%。HM型PBO纤维在400℃下仍能保持75%的模量。此外,PBO有异常高的抗点燃性,极限氧指数 OI为68,在有机纤维中仅次于聚四氟乙烯纤维(为95),而且在750℃燃烧时产生的CO、HCN等有毒气体很少,大大低于其他芳香族聚酰胺纤维。
 
3. 尺寸稳定性:高模量的PBO纤维在5O%断裂载荷下100h的塑性形变不超过0.03%,同时PBO纤维在5%断裂载荷下的抗蠕变值是同样条件下对位芳纶的两倍。PBO纤维还具有负的线膨胀系数,不会因湿度改变引起的尺寸变化,热及水分对其的影响也极小。PBO纤维从室温加热到400℃,其拉伸模量仅下降17.4%。
 
4. 化学稳定性:PBO纤维的耐化学腐蚀性良好,除溶解于100%的浓硫酸、甲基磺酸、氯磺酸等强酸外,在其它所有的有机溶剂和碱中都是稳定的,不溶于任何有机溶剂,且强度几乎不变。此外,PBO纤维柔软性良好,织成的织物柔软性近似于涤纶织物,对于纺织编织加工极为有利。PBO纤维的耐药品性,耐切割性较好,作为保护材料有良好的效果。
 
 
参考文献:
[1]汪家铭,聚对苯撑苯并二嗯唑纤维展望[J]. 化学工业,2009,27(5):2831-47
[2]汪家铭,PBO纤维的发展与应用前景[J].石油化工技术与经济,2009,25(2):26-31
[3]江建明等,超高性能PBO纤维的最新研究进展[J].合成纤维,2008,1:5-7
[4]朱慧君等,PBO聚合物及其纤维的研究进展[J]. 高分子材料科学与工程,2008,24(8):18-22
[5]张涛等,新型高性能纤维M5的结构与性能[J].材料导报,2007,21( 9):36-39
[6]江建明等,高相对分子质量PBO的聚合及其高性能纤维的成型[J].材料研究学报,2006,20(4):425-429
[7]金俊弘、江建明等,离子基团对PBO纤维的表面性能及其界面粘结性能的影响[J].复合材料学报,2006,23(6):67-74
[8]林珩等,PBO合成、纺丝和性能的研究[J]. 宇航材料工艺,2006,6:32-25

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