PBO纖維發(fā)展概況與應(yīng)用前景

汪家銘

(川化集團(tuán)有限責(zé)任公司,四川 成都 610301)

PBO纖維發(fā)展概況與應(yīng)用前景

汪家銘

(川化集團(tuán)有限責(zé)任公司,四川 成都 610301)

介紹了聚對(duì)苯撐苯并二噁唑 (PBO)纖維的性能特點(diǎn),以及單體和聚合物合成、液晶紡絲制造工藝,綜述了PBO纖維近 30年來(lái)在國(guó)內(nèi)外的技術(shù)進(jìn)展及其應(yīng)用前景,并指出了 PBO纖維的競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)及開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn),對(duì)今后國(guó)內(nèi) PBO纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提出了一些建議。

PBO纖維;性能;工藝;應(yīng)用;建議

聚對(duì)苯撐苯并二噁唑,又稱(chēng)聚對(duì)苯亞基苯并雙噁唑,英文名 Poly-p-phenylene benzobisoxazazole,簡(jiǎn)稱(chēng) PBO。PBO是一種液晶芳香族雜環(huán)聚合物,合成PBO主要單體之一為 4,6-二氨基間苯二酚 (4,6-d i-aminoresoreinol),簡(jiǎn)稱(chēng)為 DAR?？諝忾g隙 -濕法紡絲制成的 PBO纖維是一種高性能的芳香族聚酰胺纖維,目前分為兩種,一種是直接通過(guò)紡絲生成的纖維,稱(chēng)為初生絲或初生纖維 (AS),另一種是為提高彈性模量經(jīng)熱處理后的紡絲,稱(chēng)為高模絲或高模纖維 (HM)。PBO纖維是繼 Kevlar纖維 (凱夫拉,美國(guó)杜邦對(duì)位芳綸纖維)之后出現(xiàn)的又一合成的高性能纖維,被譽(yù)為 21世紀(jì)超級(jí)纖維[1]。PBO聚合體除可用作纖維外,還用作薄膜和復(fù)合增強(qiáng)處理材料[2]。

1 物化性能

PBO纖維的強(qiáng)度、模量在現(xiàn)有的化學(xué)纖維中為最高,在火焰中不燃燒、不收縮,耐熱性和難燃性高于其他任何一種有機(jī)和無(wú)機(jī)纖維,耐沖擊性、耐摩擦性和尺寸穩(wěn)定性均很優(yōu)異,并且質(zhì)輕而柔軟,也是理想的紡織原料。由于兼?zhèn)淞W(xué)性能和耐高溫、抗燃等兩種特性,接近于理想的超纖維。PBO纖維的缺點(diǎn)是耐光性差,受紫外線(xiàn)照射易影響纖維的強(qiáng)度,因此使用時(shí)應(yīng)避光。未經(jīng)表面處理的 PBO纖維復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度低于芳綸纖維復(fù)合材料,抗壓強(qiáng)度和染色性也較差。PBO與其他高性能纖維的主要性能比較見(jiàn)表 1[3]。

表1 PBO纖維與其他高性能纖維的主要性能比較

1.1 力學(xué)性能

PBO纖維具有優(yōu)良的力學(xué)性能,特別是其強(qiáng)度不僅超過(guò)鋼纖維,而且可凌駕于碳纖維之上。在力學(xué)性能上,PBO纖維的強(qiáng)度及彈性模量約為對(duì)位芳綸纖維的 2倍,其模量被認(rèn)為是直鏈高分子聚合物的極限模量。一根直徑為 1 mm的 PBO細(xì)絲可吊起450 kg的重物,其強(qiáng)度是鋼絲纖維的 10倍以上,是力學(xué)性能唯一超過(guò)鋼絲纖維的化學(xué)合成纖維[4]。

1.2 熱穩(wěn)定性能

PBO纖維的熱分解溫度高達(dá) 650℃,被認(rèn)為是目前熱穩(wěn)定性最高的有機(jī)纖維,工作溫度高達(dá) 300～500℃,在 300℃空氣中 100 h后,強(qiáng)度保持率分別為 48%左右,在 500℃強(qiáng)度仍能保持 40%。高模PBO纖維在 400℃下仍能保持 75%的模量。此外,PBO有異常高的抗點(diǎn)燃性,極限氧指數(shù) LO I為 68,在有機(jī)纖維中僅次于聚四氟乙烯纖維 (LO I為 95),而且在 750℃燃燒時(shí)產(chǎn)生的 CO、HCN等有毒氣體很少,大大低于其他芳香族聚酰胺纖維。

1.3 尺寸穩(wěn)定性

高模 PBO纖維在 50%斷裂載荷下 100 h的塑性形變不超過(guò) 0.03%,同時(shí) PBO纖維在 5%斷裂載荷下的蠕變值是同樣條件下對(duì)位芳綸的 2倍。PBO纖維還具有負(fù)的線(xiàn)膨脹系數(shù),不會(huì)因濕度改變而引起尺寸、熱及水分的顯著變化。PBO纖維從室溫加熱到 400℃,其拉伸模量?jī)H下降 17.4%。

1.4 化學(xué)穩(wěn)定性

PBO纖維的耐化學(xué)腐蝕性良好,除溶解于100%的濃硫酸、甲基磺酸、氯磺酸等強(qiáng)酸外,在其他所有的有機(jī)溶劑和堿中都是穩(wěn)定的,不溶于任何有機(jī)溶劑,且強(qiáng)度幾乎不變。此外,PBO纖維柔軟性良好,織成的織物柔軟性近似于滌綸纖維織物,對(duì)于紡織編織加工極為有利。PBO纖維的耐藥品性、耐切割性較好,可作為良好的保護(hù)材料。

2 制造工藝

PBO纖維的制造主要包括單體合成、聚合體合成、纖維紡絲 3個(gè)步驟。制備 PBO纖維的生產(chǎn)方法很多,但最好的方法是使 4,6-二氨基間苯二酚與對(duì)苯二甲酸在多聚磷酸溶劑和縮合劑中進(jìn)行溶液加熱聚合,所得聚合液為液晶狀態(tài),經(jīng)脫泡和過(guò)濾后可直接進(jìn)行干噴紡而制得初紡絲[5]。

2.1 單體合成

PBO聚合體合成中,4,6-二氨基間苯二酚(DAR)鹽酸鹽是必需的中間體。DAR單體鹽的質(zhì)量是影響最終纖維產(chǎn)品性能的主要因素之一。目前主要的合成路線(xiàn)和方法有三氯苯法、間苯二酚法、苯胺法、間苯二酚磺化氯化法、間苯二酚磺化法、1,3-二氯苯法等。

美國(guó)陶氏(DOW)化學(xué)公司成功開(kāi)發(fā)以三氯苯為起始原料進(jìn)行合成的 DRA單體鹽,在合成過(guò)程中不會(huì)生成異構(gòu)體,收率很高,對(duì) PBO的工業(yè)化生產(chǎn)起到了很大的作用,但存在原料不易獲取、成本高的問(wèn)題。該合成反應(yīng)式如下:

2.2 聚合體合成

1981年,美國(guó)Wolfe等人首先報(bào)道了 PBO的合成方法。經(jīng)過(guò) 20年的研究發(fā)展,在Wolfe對(duì)聚合方法的改善以及在Lysenko發(fā)明了單體合成路線(xiàn)的基礎(chǔ)上,PBO的研究工作取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。目前合成 PBO聚合體的路線(xiàn)和方法主要有對(duì)苯二甲酸法 (又稱(chēng)多磷酸法)、對(duì)苯二甲酰氯法、三甲基硅烷基化法、中間相聚合法等,目前最常用的是對(duì)苯二甲酸法和對(duì)苯二甲酰氯法,這兩種方法分別以多聚磷酸(PPA)和甲磺酸 (MSA)為溶劑[6]。

對(duì)苯二甲酸法是以 4,6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽為單體原料,與對(duì)苯二甲酸 (TPA)混合,經(jīng)過(guò)中和反應(yīng)、脫色處理、干燥后制成復(fù)合鹽,再以多聚磷酸為溶劑,添加五氧化二磷和抗氧化劑,PPA既是溶劑,也是縮聚催化劑,經(jīng)過(guò)預(yù)聚合反應(yīng)制備出 PBO聚合物,反應(yīng)式如下:

2.3 纖維紡絲

PBO聚合物纖維紡絲目前最為成熟的是干噴濕紡 -水洗干燥液晶紡絲技術(shù),所選的紡絲溶劑有多聚磷酸、甲磺酸、甲磺酸 /氯磺酸、硫酸、三氯化鋁和三氯化鈣/硝基甲烷等,一般多選用多聚磷酸為紡絲溶劑。PBO在多聚磷酸中的縮聚溶液即可作為紡絲原液,溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)調(diào)整到 15%以上,紡絲原液溶至液晶性,經(jīng)脫泡和過(guò)濾,通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)擠出,經(jīng)過(guò)空氣層,在噴頭進(jìn)行一次拉伸,大分子鏈沿著纖維的軸向取向,形成剛性伸直鏈原纖結(jié)構(gòu),在磷酸水溶液中凝固成型。采用磷酸水溶液可以減緩磷酸脫除的速度,有利于纖維內(nèi)部孔隙的閉合,形成致密結(jié)構(gòu)的纖維。紡絲再經(jīng)過(guò)洗滌除去纖維中的磷酸,干燥后卷繞成型[7]。

采用干噴濕紡法液晶紡絲裝置,空氣層為 20 mm,稍有噴頭拉伸,就能得到直鏈結(jié)構(gòu)強(qiáng)度為 37 cN/dtex、模量為 1 148 cN/dtex的初生絲。由于紡絲時(shí)剛直的分子鏈經(jīng)過(guò)空氣層時(shí)已高度取向,因此不再需要經(jīng)過(guò)牽伸工序。纖維抗拉強(qiáng)度的測(cè)試條件為夾持距離 10 mm,速度 10 mm/min。如果要制備高模量的纖維,可將初生絲在張力下于 600℃左右的高溫中進(jìn)行熱處理,纖維彈性模量上升為 1 760 cN/dtex,而強(qiáng)度不下降。經(jīng)過(guò)熱處理的高模絲表面呈金黃色的金屬光澤。PBO纖維制造的工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 PBO纖維制造工藝流程

3 技術(shù)進(jìn)展

3.1 國(guó)外情況

20世紀(jì) 70年代,美國(guó)空軍材料實(shí)驗(yàn)室為發(fā)展航天航空事業(yè)而開(kāi)發(fā)復(fù)合材料,PBO被作為一種耐高溫性能的材料進(jìn)行開(kāi)發(fā),美國(guó)斯坦福大學(xué)研究所(SR I)擁有基本專(zhuān)利,但由于一直受到合成工藝的限制,不能合成大分子質(zhì)量的 PBO聚合物,其優(yōu)越的性能也難以體現(xiàn)出來(lái)。20世紀(jì) 80年代中期,由陶氏化學(xué)公司開(kāi)發(fā)出了一種新的 PBO單體合成、聚合及紡絲技術(shù),對(duì) PBO進(jìn)行了工業(yè)化開(kāi)發(fā),并取得其全世界實(shí)施權(quán)。新工藝同時(shí)改進(jìn)了原來(lái)單體合成的方法,合成過(guò)程幾乎沒(méi)有同分異構(gòu)體副產(chǎn)物生成,提高了合成單體的收率,打下了產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)。此外,荷蘭阿克蘇諾貝爾公司纖維研究所和 DELF大學(xué)于 1997年合作開(kāi)發(fā)了商品名為M-5的新型 PBO纖維,但目前仍處在開(kāi)發(fā)階段[8]。

1991年陶氏公司和日本東洋紡 (TOYOBO)公司合作,共同開(kāi)發(fā) PBO的紡絲技術(shù),使 PBO纖維的強(qiáng)度和模量大幅度上升,達(dá)到 PPTA纖維的兩倍。1990年日本東洋紡公司從美國(guó)陶氏化學(xué)公司購(gòu)買(mǎi)了 PBO專(zhuān)利技術(shù)。1991年由陶氏一巴迪許化纖公司在日本東洋紡公司的設(shè)備上開(kāi)發(fā)出 PBO纖維。1994年,得到陶氏公司的授權(quán)后,東洋紡公司出巨資 30億日元建成了年產(chǎn) 400 t PBO單體和 180 t紡絲生產(chǎn)線(xiàn),并于 1995年春開(kāi)始部分投入工業(yè)化生產(chǎn)。1998年 10月,年產(chǎn) 200 t的生產(chǎn)裝置正式投產(chǎn)并開(kāi)始商業(yè)化生產(chǎn),注冊(cè)商標(biāo)為 Zylon(柴隆)。根據(jù)東洋紡對(duì) Zylon的發(fā)展計(jì)劃,2000年的生產(chǎn)能力達(dá)到 380 t,2003年達(dá)到 500 t,2008年達(dá)到 1 000 t。至今日本東洋紡公司仍然是世界上唯一一家可以進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn) PBO纖維的公司。目前世界上只有日本具有 PBO單體 DAR的工業(yè)生產(chǎn)能力,但同樣存在原料有限、價(jià)格高、硝化過(guò)程廢酸處理難、三廢處理易產(chǎn)生劇毒物質(zhì)等問(wèn)題,日本許多大公司都在尋找取代其現(xiàn)行工藝路線(xiàn)的工業(yè)化方法。

3.2 國(guó)內(nèi)情況

國(guó)內(nèi)最早于 20世紀(jì) 90年代開(kāi)始進(jìn)行 PBO聚合方面的研究,但僅僅是在實(shí)驗(yàn)室得到了少量 PBO聚合物。由于合成 PBO的原料 4,6-二氨基間苯二酚國(guó)內(nèi)沒(méi)有生產(chǎn),進(jìn)口試劑價(jià)格昂貴,在一定程度上也限制了對(duì) PBO的研究。20世紀(jì) 90年代后期,該項(xiàng)工作基本上處于停滯狀態(tài)。直到 90年代末,日本東洋紡宣布獲得高性能 Zylon時(shí),國(guó)內(nèi)的高校和科研院所和相關(guān)單位才又相繼重視這一課題。華東理工大學(xué)、浙江工業(yè)大學(xué)對(duì)合成 PBO的原料 DAR進(jìn)行了研究。東華大學(xué)、上海交通大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、西安交通大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、中國(guó)航天科技集團(tuán)四院四十三所和哈爾濱玻璃鋼研究所等則對(duì) PBO的合成工藝、PBO纖維的制備與性能、PBO纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的性能和應(yīng)用進(jìn)行了研究[9]。

東華大學(xué)自 1999年起開(kāi)始 PBO纖維的研究。在其前期實(shí)驗(yàn)室研究工作的基礎(chǔ)上,中石化上海石化公司與東華大學(xué)合作于 2001年進(jìn)行 PBO聚合、纖維成形的研究,目前研究水平居于全國(guó)前列。在小試研究的基礎(chǔ)上,成功進(jìn)行了 PBO中試聚合研究工作,開(kāi)發(fā)了 PBO的合成擠出 -液晶紡絲的一體化工藝,制得了高相對(duì)分子質(zhì)量的 PBO聚合物,并在國(guó)內(nèi)首次成功紡制出性能優(yōu)良的 PBO纖維。經(jīng)測(cè)試,未經(jīng)熱處理的 PBO初生纖維的主要性能指標(biāo)已非常接近日本東洋紡 Zylon產(chǎn)品。

長(zhǎng)期以來(lái)國(guó)外公司對(duì)其關(guān)鍵中間體 4,6-二氨基間苯二酚一直實(shí)行壟斷和禁售。國(guó)內(nèi)有些科研院所采用間苯二酚的合成路線(xiàn),但收率低、成本高,且硝化過(guò)程同樣存在大量的廢液處理問(wèn)題。2006年 2月 8日大連化工研究設(shè)計(jì)院宣布,該院開(kāi)發(fā)成功DAR合成新工藝,與現(xiàn)有工藝相比,該院自主研發(fā)的全新 DAR合成工藝路線(xiàn)具有原料易得、工藝簡(jiǎn)單、收率高、污染小、產(chǎn)品純度高等明顯優(yōu)點(diǎn),所使用的原料可回收循環(huán)利用,既降低了成本,又保護(hù)了環(huán)境。這一具有國(guó)際先進(jìn)水平的技術(shù)目前已經(jīng)得到國(guó)家科技部的立項(xiàng)支持,該技術(shù)既填補(bǔ)了我國(guó)在該中間體方面的空白,也為研制高性能的 PBO制品提供了可靠的原料保障。此外,華東理工大學(xué)也成功合成了高純度的 DAR單體鹽,并建成了一套試驗(yàn)裝置,可以提供一定量的 DAR單體鹽。

2005年 8月 27日,北京特斯頓新材料技術(shù)發(fā)展有限公司的 PBO纖維制備技術(shù)項(xiàng)目的小試成果通過(guò)上海市科委組織的技術(shù)鑒定,目前已啟動(dòng)了PBO項(xiàng)目中試前的試驗(yàn)線(xiàn)項(xiàng)目。技術(shù)合作方為上海交通大學(xué)、東華大學(xué)。經(jīng)過(guò)多年探索研發(fā)后,公司已經(jīng)初步形成了較為成型的工藝路線(xiàn),并已取得多項(xiàng)技術(shù)成果。目前公司已經(jīng)初步形成較為成熟的工藝路線(xiàn),已在小試基礎(chǔ)上建立中試線(xiàn),并生產(chǎn)出了中試產(chǎn)品。在優(yōu)化洗酸和聚合等關(guān)鍵工藝完成后,即具備了進(jìn)行 PBO纖維工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)條件。

4 應(yīng)用前景

有超級(jí)纖維之稱(chēng)的 PBO纖維的主要特點(diǎn)是耐熱性好,強(qiáng)度和模量高,在航空航天、軍工國(guó)防以及民用領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值和廣闊前景,PBO纖維的優(yōu)異性能決定了其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊,涵蓋了高溫過(guò)濾、電子電氣、合成材料、安全防護(hù)、國(guó)防軍工、交通運(yùn)輸、航空航天、橋梁工程、建筑建材等 20多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域,見(jiàn)表 2所示。但 PBO纖維產(chǎn)品數(shù)量少,且每千克價(jià)格高達(dá) 2 000元左右,也使其大規(guī)模的應(yīng)用受到限制,目前僅用于比較敏感和高級(jí)的特殊領(lǐng)域。

PBO纖維的強(qiáng)度和模量為 Kevlar纖維的 2倍,同時(shí)具有間位芳綸耐熱阻燃的性能。PBO纖維的極限氧指數(shù)為 68,在有機(jī)纖維中阻燃性較高。PBO纖維的耐藥品性、耐切割性較好,作為保護(hù)材料有良好的效果。

PBO纖維的用途可分兩類(lèi),即耐熱性的應(yīng)用和力學(xué)特性增強(qiáng)材料的應(yīng)用。耐熱材料應(yīng)用中最適宜用作制鋁工業(yè)和玻璃工業(yè)制造過(guò)程出料時(shí)的緩沖墊料,還可用于消防服、爐前工作服、焊接工作服等耐熱工作服和高溫過(guò)濾用耐熱過(guò)濾材料。PBO纖維力學(xué)特性增強(qiáng)材料的應(yīng)用范圍很廣,可用于輪胎、運(yùn)輸帶、膠管等橡膠制品的補(bǔ)強(qiáng)材料,制作各種防切割傷害的勞動(dòng)保護(hù)服、安全手套、安全鞋、賽車(chē)服、飛行員服等各種運(yùn)動(dòng)服和活動(dòng)性運(yùn)動(dòng)裝備。用 PBO纖維制作的復(fù)合材料可用于導(dǎo)彈、航天器、飛機(jī)、賽艇、震動(dòng)板等[10]。

表2 PBO纖維的用途

近年來(lái),在歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)的高層建筑、大型橋梁、海洋工程等建筑領(lǐng)域廣泛使用高性能纖維復(fù)合增強(qiáng)材料,將纖維布或芳綸浸漬環(huán)氧樹(shù)脂粘貼于混凝土表面,可以大幅度提高原結(jié)構(gòu)的承載能力和抗地震能力。這種加固技術(shù)在建筑物的功能改造、地震或火災(zāi)損壞修復(fù)、設(shè)計(jì)缺陷和施工修正等方面大有用武之地,可以不改變?cè)薪ㄖY(jié)構(gòu)的尺寸而有效增強(qiáng)圓、方、曲面等各種形狀及梁、板、拱、殼、柱、墩等各種部位的強(qiáng)度,且耐酸、堿、鹽腐蝕。PBO纖維與環(huán)氧樹(shù)脂、水泥的相容性好,是這種補(bǔ)強(qiáng)方法的很好的使用材料。此外,在橋梁建筑方面,鋼絲纜繩由于其自重不能用于長(zhǎng)度較長(zhǎng)的橋梁,而希望采用質(zhì)量輕、強(qiáng)度高的纜繩,比強(qiáng)度高、尺寸穩(wěn)定性好的 PBO纖維制作的纜繩就是最好的選擇。

PBO纖維在耐熱材料領(lǐng)域中正在替代傳統(tǒng)材料石棉,目前還在探索用 PBO纖維在 350℃以下的應(yīng)用領(lǐng)域替代芳香族聚酰胺等難燃纖維,在 350℃以上的應(yīng)用領(lǐng)域可替代不銹鋼纖維或陶瓷纖維等無(wú)機(jī)纖維。這是由于無(wú)機(jī)纖維比較硬,制品容易出現(xiàn)傷痕,影響了其使用性能,而 PBO纖維完全有可能克服無(wú)機(jī)纖維的不足。以往的有機(jī)纖維耐熱性不夠,多在 400℃以下,從而限制了有機(jī)纖維的應(yīng)用和發(fā)展。而 PBO纖維的分解溫度可達(dá)到 650℃,是所有有機(jī)纖維中耐熱溫度最高的。因此,在以往難以使用有機(jī)纖維的 350℃以上的應(yīng)用領(lǐng)域,使用 PBO纖維是完全可能的,使耐熱材料的應(yīng)用有了進(jìn)一步的發(fā)展。

在其他領(lǐng)域,PBO纖維還有很多用途,如在電絕緣材料、衛(wèi)星探測(cè)、輕體材料、汽車(chē)工業(yè)和深海油田開(kāi)發(fā)等方面。PBO纖維作為高速列車(chē)車(chē)體不僅可以減輕車(chē)身質(zhì)量,還可以使車(chē)身強(qiáng)度增加。利用PBO纖維的耐化學(xué)腐蝕性,可以制成各種耐腐蝕防護(hù)服。在宇航方面,為了減輕有限的負(fù)擔(dān),強(qiáng)度需要特別高的材料,PBO纖維適合于做在宇宙空間使用的扣子、帶子等,在從 -10℃到地表溫度 460℃這樣大范圍宇宙空間環(huán)境下,PBO纖維可以用作耐熱性探測(cè)氣球的材料。在體育領(lǐng)域,競(jìng)技賽艇用帆主要用高強(qiáng)高模纖維制成的片狀薄板式材料制作,為使帆布在受到風(fēng)吹時(shí)具有最小限度的變形程度,就必須尋求模量最高的纖維來(lái)制作賽艇用帆,PBO纖維優(yōu)良的力學(xué)性能在此得到了很好的應(yīng)用。此外,PBO纖維也是制造高爾夫球桿、網(wǎng)球拍、滑雪杖、滑雪板、沖浪板、射箭弓弦、自行車(chē)賽車(chē)的最好的材料[11]。

5 競(jìng)爭(zhēng)風(fēng)險(xiǎn)與發(fā)展建議

5.1 競(jìng)爭(zhēng)風(fēng)險(xiǎn)

5.1.1 技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)

PBO纖維在國(guó)外已有 40多年的研究和生產(chǎn)的歷史,國(guó)內(nèi)這方面的研究起步晚,在生產(chǎn)工藝技術(shù)不夠成熟完善的情況下,由于技術(shù)上的不確定性,有可能導(dǎo)致技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)遲遲不能取得成果。同時(shí)在技術(shù)規(guī)則的限制、技術(shù)的壟斷、產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、技術(shù)的工業(yè)支持能力等方面將面臨著一定的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。因此,為規(guī)避技術(shù)和投資風(fēng)險(xiǎn),當(dāng)前還不宜倉(cāng)促投入產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

5.1.2 市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)

PBO纖維雖然性能優(yōu)異、用途廣泛,但在不少領(lǐng)域中有其他的高科技纖維可以替代其應(yīng)用,如聚苯并咪唑纖維 (PB I)、芳砜綸纖維 (PSA)、對(duì)位芳綸(PPTA)纖維、蜜胺纖維 (MF)、聚苯硫醚纖維(PPS)、高強(qiáng)高模纖維 (HSHMPE)等。因此,在應(yīng)用市場(chǎng)上,PBO纖維產(chǎn)品一定要有價(jià)格優(yōu)勢(shì),產(chǎn)品質(zhì)量要更加穩(wěn)定可靠,才能在市場(chǎng)上占有一席之地。

5.2 發(fā)展建議

5.2.1 開(kāi)發(fā)自主產(chǎn)權(quán)生產(chǎn)工藝

20世紀(jì) 70年代以來(lái),尤其是近 10年以來(lái),國(guó)內(nèi)外關(guān)注新型化纖材料的研發(fā),主要集中在“三高”即高性能、高感性、高功能纖維方面。盡管我國(guó)是纖維生產(chǎn)大國(guó),但當(dāng)前國(guó)內(nèi)仍面臨著高新技術(shù)纖維消費(fèi)需求得不到滿(mǎn)足、產(chǎn)品價(jià)格昂貴等重大問(wèn)題,要解決這些重大問(wèn)題,行業(yè)必須依靠高新技術(shù)的發(fā)展,特別是依靠技術(shù)創(chuàng)新、工程與集成創(chuàng)新。建議繼續(xù)加大 PBO纖維產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的研發(fā)力度,盡快開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 PBO纖維生產(chǎn)工藝技術(shù)并逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化工程技術(shù)的突破。

5.2.2 完善關(guān)鍵性工藝技術(shù)

雖然國(guó)內(nèi)目前在 PBO纖維的研究和開(kāi)發(fā)方面取得了一些進(jìn)展,但是與國(guó)外相關(guān)產(chǎn)品比,仍存在較大的差距。目前,隨著有關(guān) PBO研究的不斷深入,我國(guó)自己生產(chǎn) PBO技術(shù)也將逐漸完善,生產(chǎn)成本也會(huì)逐漸降低。當(dāng)前急需重點(diǎn)建設(shè)配套的從 DRA單體、PBO聚合體到纖維制造的生產(chǎn)裝置,形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈,填補(bǔ)我國(guó)在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的空白,打破國(guó)外對(duì)這一技術(shù)的壟斷,并能為國(guó)內(nèi)發(fā)展這類(lèi)高新技術(shù)材料提供全套成熟的技術(shù)。

5.2.3 拓展 PBO纖維應(yīng)用領(lǐng)域

以 PBO纖維優(yōu)異的特性,進(jìn)一步拓展其在高沖擊、高負(fù)荷、高溫領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用,將更加鞏固 PBO纖維在復(fù)合材料領(lǐng)域中的重要地位,使其發(fā)揮更大的作用,成為最具有發(fā)展?jié)摿透吒郊又档漠a(chǎn)業(yè)用技術(shù)性紡織品,逐漸在一些關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域取代其他的高性能纖維,這對(duì)于我國(guó)在國(guó)防軍工、航空航天等高科技領(lǐng)域內(nèi)的科學(xué)發(fā)展和現(xiàn)代化建設(shè)具有十分重要的意義,也將有利于我國(guó)高性能纖維領(lǐng)域整體產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整和效益結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí),并將有效推動(dòng)下游終端應(yīng)用市場(chǎng)的發(fā)展。

1 李霞,黃玉東,矯靈艷.PBO纖維的合成及其微觀(guān)結(jié)構(gòu)[J].高分子通報(bào),2004,72(4):102～107

2 江建明,李光,金俊弘,等.超高性能 PBO纖維的最新研究進(jìn)展[J].合成纖維,2008,37(1):5～9

3 邢聲遠(yuǎn).21世紀(jì)超級(jí)纖維 PBO[J].北京紡織,2000,21(2):60～61

4 金寧人,王學(xué)杰.超級(jí)纖維 PBO的性能應(yīng)用及研究進(jìn)展[J].浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2003,31(1):82～87

5 宋元軍,黃玉東,林宏,等.聚對(duì)苯撐苯并雙嗯唑 (PBO)纖維制備及性能研究[J].固體火箭技術(shù),2006,29(5):367～371

6 李曄,汪曉峰.二十一世紀(jì)的超級(jí)纖維 -PBO纖維 [J].合成纖維,2002,31(1):18～22

7 杜艷欣,PBO纖維的國(guó)內(nèi)外研究狀況及應(yīng)用前景[J].現(xiàn)代紡織技術(shù),2007,15(3):53～57

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9 牛玖榮.高性能紡織纖維 PBO的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展 [J].紡織導(dǎo)報(bào),2008,(8):58～60

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11 劉丹丹,周雪松,趙耀明,等.PBO纖維的性能及應(yīng)用[J].合成纖維工業(yè),2005,28(5):43～46

Development survey and application prospect of poly-p-phenylene benzobisoxazazole(PBO)fiber

Wang Jiaming
(Sichuan Chem icalW orks Group L td.,Chengdu Sichuan610301,China)

This article introduced the performance characteristic of PBO fiber,and its monomer and polymer synthesis and the liquid crystal spinning fabrication technology,summarized PBO fiber in the recent 30 years in the domestic and foreign development technical progress and the application prospect.The introduced competitive product and development risk of PBO fiberwere introduced.Some proposals to the next domestic development of PBO fiber has put for ward.

PBO fiber;fabrication technology;application;suggestion

TQ342.739

A

1006-334X(2010)02-0023-06

2010-04-20

汪家銘 (1949-),男,江蘇蘇州人,工程師,從事化工科技期刊編輯及化工情報(bào)信息工作,發(fā)表過(guò)化工科技論文 210余篇。