化学纤维概论-PBI

由于高温拉伸时残存在PBI初生纤维中的溶剂 容易气化而导致“爆米花状”纤维等，所以拉伸 前必须对纤维进行水洗和干燥，除净残存的溶剂 和水。 PBI初生纤维的拉伸可分两级进行，如一级拉 伸比约1.5~3.5倍，二级拉伸比约1.05~1.5倍，二 级拉伸的温度要高于一级拉伸。为防止发生氧化 降解等，拉伸需在400~500℃高温氮气环境下进 行。
制备方法——PBI的合成
工业上可采用熔融本体缩聚工艺制备PBI，即在惰性气体保护下 按照一定比例是单体TAB和DPIP熔融本体缩聚反应合成PBI：
上述的缩聚反应分两个阶段进行。第一阶段为 预缩聚，反应温度270~300℃，反应时间1~2h， 除去副产物苯酚和水得到泡沫状预聚体，将其冷 却和粉碎后再在真空下雨375~400℃固相聚合 2~3h，制成黄棕色粒状PBI树脂。
聚苯并咪唑纤维
聚苯并咪唑纤维发展
聚苯并咪唑纤维于20世纪60年代初由美国空军 材料实验室研制成功。1983年由美国塞拉尼斯公 司正式投产，年生产能力为460t，因生产成本高， 发展缓慢。它是一种典型的杂环高分子耐热纤 维，大分子主链上含有苯并咪唑撑，它主要作 为宇航密封舱耐热防火材料﹐由于核纤维吸湿 率高达15%﹐因此自1983年后﹐又开发了穿著舒 适的高温防护服等民用产品。
制作宇宙飞船中的绳 索、耐烧蚀热屏蔽材料、 减速用阻力降落伞及宇航 员的加压安全服等。曾经 用它制作阿波罗号和空间 试验室宇航员的航天服和 内衣。
应 用
在一般工业中可作石棉代用品，包括耐高温手 套、高温防护服、传送带等，使用温度常为 250～300℃，能在500℃下短时间使用。
可作气体、液体的 耐腐蚀滤材和烟道气 滤袋，可在150～ 200℃范围内使用， 在酸的露点温度以下 不受腐蚀。
材料性能
材料全称：聚2,2`-间亚苯基-5,5`-双苯并咪唑纤维 抗张强度：39.7～43.2cN／tex
（短纤维为27.4cN/tex） 延 伸 率：23％～24％（短纤维为30％） 吸 湿 率：高达15％，高于棉花 突出性能：尺寸稳定性、阻燃性；耐强酸、强碱、 有机溶剂； 耐高温、耐化学品腐蚀；良好的纺织性 能
聚苯并咪唑纤维还可与聚间苯二甲酰间苯二 胺纤维混织，经碳化以后的纤维可作复合材料 的高强度、高模量增强材料，其中空纤维（见 化学纤维）可用作反渗透膜。
发展前景
ห้องสมุดไป่ตู้
PBI纤维耐热、抗燃性能突 出，限氧指数高，在空气中不燃 烧，也不熔融或形成熔滴，有良 好的耐化学试剂性和吸湿性及手 感，因此在耐热、防火纺织品， 如安全防护服、抗燃纺织品、耐 酸耐碱滤布等方面有很好的用途。 PBI纤维力学性能一般，但能满 足大多数纺织加工的要求。PBI 纤维具有许多突出的性能，但由 于价格较贵，限制了它的广泛应 用，因此如何降低生产成本和生 产价格，进一步提高PBI纤维与 其他纤维的竞争力，是正在研究 的课题。
PBI在纺丝前需进行过滤和脱泡， 除去原液中的杂质、凝胶状物质和 气体，然后储存供纺丝使用。如图 所示，纺丝原液经计量泵、烛形过 滤器进入喷丝头，在喷丝孔道中发 生剪切流动后进入充满逆行循环热 氮气（或二氧化碳）流的纺丝甬道， 纺丝细流中的溶剂被氮气带走冷凝 回收，而纺丝细流本身被浓缩并固 化成型，在纺丝甬道底部卷绕得初 生纤维。由于初生纤维的强度低而 伸长大，不能满足使用要求，还需 进行必要的拉伸等后加工处理。
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材料1107
制备工艺——纺丝成型
聚2,2`-间亚苯基-5,5`-双苯并咪唑 （PBI）的纺丝溶剂主要有硫酸—水溶 液、二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亚 砜（DMSO）和二甲基甲酰胺（DMAC） 等，其中DMAC较理想，是适宜的纺丝 溶剂。制备纺丝原液时，将粒状PBI加 入DMAC中，边搅拌边加热到250℃左 右，聚合物全部溶解，配制成重量浓度 约25%、室温下粘度约150Pa· s(1500P) 的纺丝原液。为防止纺丝原液因氧化交 联而出现凝胶现象，需要在溶解及纺丝 过程中保持非氧化条件。另外，在存放 过程中原液中的PBI课发生结晶并析出， 导致纺丝原液不稳定，所以可在纺丝原 液中添加1%~2%氯化锂，能有效地抑 制PBI结晶，提高原液稳定性，纺丝成 型后水洗时纤维中的氯化锂被除去。