Полибензимидазольные волокна - Polybenzimidazole fiber

полибензимидазол
Полиимидазол с бифенилом.png
Идентификаторы
ChemSpider
  • никто
Свойства
(C20ЧАС12N4)п
Молярная массаПеременная
Если не указано иное, данные для материалов приведены в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
Ссылки на инфобоксы

Полибензимидазол (PBI, Короче для поли [2,2 ’- (м-фенилен) -5,5’-бисбензимидазол]) волокно является синтетическое волокно с очень высокой температурой разложения и не проявляет температура плавления. Он имеет исключительную термическую и химическую стабильность и плохо воспламеняется.[нужна цитата ] Впервые он был обнаружен американским химиком-полимером. Карл Шипп Марвел в поисках новых материалов с превосходной стабильностью, сохранением жесткость, вязкость при повышенной температуре. Благодаря своей высокой стабильности полибензимидазол используется для изготовления высокоэффективной защитной одежды, такой как снаряжение пожарного, скафандры космонавта, термозащитные перчатки, одежда сварщиков и ткани для стен самолетов. Полибензимидазол применялся как мембрана в топливных элементах.

История

Открытие

Бринкер и Робинсон впервые сообщили об алифатических полибензимидазолах в 1949 году.[1] Однако открытие ароматического полибензимидазола, который демонстрирует превосходные физические и химические свойства, обычно приписывают Карл Шипп Марвел в 1950-е гг.[2] Лаборатория материалов База ВВС Райт Паттерсон подошел к Марвел. Они искали материалы, подходящие для тормозные парашюты которые могут выдерживать кратковременные механические нагрузки. Однако термическое сопротивление всех известных в то время нитей было недостаточным. Первоначальный поиск был сосредоточен на ароматических конденсационных полимерах, но амидная связь оказался слабым звеном с целью максимального термостойкость полимера, тогда как исследования Marvel были сосредоточены на конденсационные полимеры с ароматическими и гетероароматический повторяющиеся единицы. Это постепенно привело к открытию полибензимидазола.

Развитие

Копия скафандра Аполлона, Фонд химического наследия временная выставка, 2014 г.

Историю его развития можно кратко изложить в следующем списке:[3]

  • В 1961 году полибензимидазол был разработан H. Vogel и C.S. Marvel с расчетом на то, что полимеры будут иметь исключительную термическую и окислительную стабильность.[4]
  • Впоследствии, в 1963 г., НАСА Лаборатория материалов ВВС США спонсировала значительную работу с полибенимидазолом для применения в аэрокосмической и оборонной промышленности в качестве негорючего и термостойкого текстильного волокна.[4]
  • В 1969 году ВВС США выбрали полибензимидазол (PBI) за его превосходные термозащитные характеристики после пожара 1967 года на борту лайнера. Аполлон 1 космический корабль убил трех космонавтов.[4]
  • В начале 1970-х годов лаборатории USAF проводили эксперименты с полибензимидазольными волокнами для защитная одежда снизить смертность экипажей от пожаров.[5]
  • В 1970-х годах НАСА продолжало использовать PBI как часть одежды астронавтов на Аполлоне, Скайлаб и многочисленные полеты космических челноков.
  • Когда Небесная лаборатория упал на землю, часть, уцелевшая при повторном входе, была покрыта PBI и поэтому не сгорела.
  • 1980-е - ПБИ введен в пожарную службу,[который? ] а через Project Fires была разработана внешняя оболочка стрелочного снаряжения. Так родилась ткань PBI Gold, состоящая из 40% PBI / 60% параарамида. До этого в США использовались комбинации материалов Nomex, кожи и кевлара.
  • 1983 - Запускается уникальное производственное предприятие и PBI волокна становятся коммерчески доступными.
  • 1990-е годы - вводятся короткие волокна PBI для использования в автомобильных тормозных системах. Штапельное волокно PBI выходит на рынок самолетов для изготовления противопожарных слоев сидений.
  • 1992 - Разработаны легкие ткани PBI для огнестойкой спецодежды для электроэнергетики и нефтехимии.
  • 1994 - Разработана ткань PBI Gold в черном цвете по спецификации FDNY.
  • 2001 - После терактов 11 сентября многих из 343 убитых пожарных можно было опознать только по их TenCate PBI Turnout Gear.
  • 2003 - PBI Matrix была коммерциализирована и представлена ​​как PBI следующего поколения для пожарного стрелкового снаряжения.

Свойства

Общие физические свойства

PBI обычно представляет собой твердое вещество от желтого до коричневого цвета, которое может плавиться до 400 ° C или выше.[6] В растворимость PBI является спорным, поскольку, хотя большая часть линейного PBI частично или полностью растворена в сильных протонных кислотах (например, серная кислота или метансульфоновая кислота ), противоречивые наблюдения растворимости были зарегистрированы среди более слабых кислот, таких как муравьиная кислота, и в некислотных средах, таких как растворители апротонного типа амида и диметилсульфоксид. Например, один тип PBI, полученный в фосфорной кислоте, был обнаружен Iwakura et al.[7] быть частично растворимым в Муравьиная кислота, но полностью растворим в диметилсульфоксид и диметилацетамид, тогда как Варма и Вина[8] сообщили, что тот же тип полимера полностью растворяется в Муравьиная кислота, но лишь частично в диметилсульфоксид или диметилацетамид.

Термостойкость

Имидазол производные известны как стабильные соединения. Многие из них устойчивы к самым сильным воздействиям кислот и щелочей и нелегко окисляются. Высокая температура разложения и высокая стабильность при температуре выше 400 ° C позволяют предположить, что полимер с бензимидазолом в качестве повторяющегося звена также может проявлять высокую термостабильность. ароматические производные может выдерживать температуры свыше 500 ° C без размягчения и разрушения. Полимер, синтезированный из изофталевая кислота и 3,3'-диаминобензидин не плавится при воздействии температуры 770 ° C и теряет лишь 30% своего веса после воздействия высокой температуры до 900 ° C в течение нескольких часов.[9]

Огнестойкость

Свойство материала, которое необходимо учесть перед применением, - воспламеняемость, который демонстрирует, насколько легко один материал может воспламениться и воспламениться в реальных условиях эксплуатации. Это может повлиять на его применение в различных областях, например, в строительстве, проектировании заводов и внутренней отделке. Существует ряд количественных оценок воспламеняемости, например: предельный кислородный индекс (LOI), то есть минимальная концентрация кислорода, при которой данный образец может гореть в конфигурации, подобной свече. Они позволяют оценить «ранговое» сравнение воспламеняемость. Данные показывают, что PBI является очень огнестойким материалом по сравнению с обычными полимерами.[10]

Восстановление влаги

PBI восстановить влагу пригодится в защитной одежде; это делает одежду удобной для ношения, в отличие от других синтетических полимеров. Способность удерживать влагу у PBI (13%) выгодно отличается от хлопка (16%).[11]

Синтез

Подготовка PBI (IV) может быть достигнута реакция конденсации дифенилизофталата (I) и 3,3 ’, 4,4’-тетрааминодифенила (II) (рис. 1). Спонтанная циклизация промежуточно образованного анимоамида (III) в PBI (IV) обеспечивает гораздо более стабильную амидную связь. Этот синтетический метод был впервые использован в лаборатории, а затем преобразован в двухэтапный процесс. В типичном синтезе исходные материалы нагревали при 270 ° C в течение 1,5 часов с образованием форполимера PBI, а затем форполимер нагревали при 360 ° C в течение еще 1 часа с образованием конечного продукта товарной чистоты.

Причина второго этапа заключается в образовании побочных продуктов - фенола и воды на первом этапе с образованием объемной пены.[12] что приводит к увеличению объема оригинала в несколько раз. Это вопрос, который необходимо учитывать промышленным производителям. Эта пена может быть уменьшена путем проведения поликонденсации при высокой температуре около 200 ° C и под давлением 2,1-4,2 МПа.[13] Пену также можно контролировать, добавляя к поликонденсации жидкости с высокой температурой кипения, такие как дифениловый эфир или цетан. Температура кипения может заставить жидкость оставаться на первой стадии поликонденсации, но испаряться на второй стадии твердой конденсации. Недостатком этого метода является то, что в PBI все еще остаются жидкости, и их трудно удалить полностью.[13]

Рисунок 1. Синтетическая схема полибензимидазола.


При замене тетрамина и кислоты был синтезирован ряд различных ароматических полибензимидазолов. Следующая таблица (Таблица 1)[14] перечисляет некоторые возможности комбинирования, синтезированные в литературе. Некоторые комбинации фактически были преобразованы в волокна в небольших масштабах. Однако единственный значительный прогресс, достигнутый на сегодняшний день, - это PBI.

Формула для производных полибензимидазола, в которой R представляет собой ароматическое ядро, симметрично тетразамещенное, с атомами азота формулы, входящими в состав бензимидазольных колец, а R 'является членом ароматического углеводородного кольца.
R (тетрамин)R '(кислота))
БензолБензол
ДифенилДифенил
Дифениловый эфирДифениловый эфир
ДифенилсульфонНафталин
НафталинПиридин
ПиридинАнтрахинон
АнтрахинонФерроцен
Антрацен
Таблица 1. Другие мономеры, образующие производные полибензимидазола

Наиболее распространенной формой PBI, используемой в промышленности, является форма волокна. Процесс получения волокна после полимеризации показан на рисунке. Полимер превращают в раствор с использованием диметилацетамида в качестве растворителя. Раствор фильтруют и превращают в волокно с помощью процесса высокотемпературного сухого прядения. Затем волокно вытягивают при повышенной температуре для получения желаемых механических свойств. Затем он сульфируется и превращается в скобу с использованием обычных методов обжима и резки.

Волокно PBI обрабатывается в несколько этапов после полимеризации для получения штапельной формы PBI для непосредственного использования.

Приложения

До 1980-х годов основными областями применения PBI были огнезащитные покрытия, термозащитная одежда и мембраны обратного осмоса. Его применение стало разнообразным к 1990-м годам, когда были разработаны формованные детали из PBI и микропористые мембраны.

Защитная одежда

Термостабильность, огнестойкость и восстановление влаги PBI, а также его традиционные свойства обработки текстиля позволяют обрабатывать его на обычном оборудовании для текстильной обработки штапельного волокна. Эти характеристики приводят к одному из наиболее важных применений PBI: защитной одежде. Из нитей PBI изготавливалась защитная одежда, такая как экипировка пожарных и костюмы космонавтов. Нити PBI получают методом сухого формования из диметилацетамида, содержащего хлорид лития. После стирки и сушки полученная пряжа имеет золотисто-коричневый цвет.

Теперь волокна, используемые в защитном снаряжении, - это поли (2,2’-м-фенилен-5,5’-бибензимидазол), в котором тетрааминобифени используется в качестве мономера для улучшения термоустойчивости.

Волокно PBI является отличным кандидатом для применения в суровых условиях благодаря сочетанию термических, химических и текстильных свойств. Огнестойкость и термостойкость - важнейшие свойства защитной одежды. Этот вид одежды включает в себя защитную одежду пожарных, костюмы космонавтов,[15] алюминизированное аварийно-спасательное оборудование, рабочая одежда промышленных рабочих и костюмы для водителей гоночных автомобилей.[16]

В настоящее время большинство защитных средств пожарных изготавливаются из волокна PBI.

Ткани с добавлением PBI были предпочтительным выбором активных пожарных команд в Северной и Южной Америке и во всем мире на протяжении более 30 лет. От Нью-Йорка, Сан-Диего, Сан-Франциско, Филадельфии, Сиэтла, Нашвилла до Сан-Паулу, Белина, Гонконга и многих других. Внешние оболочки PBI, признанные ведущим брендом высокоэффективных защитных тканей, выбирают, когда пожарные службы стремятся повысить тепловую защиту и надежность. Высокая температура разложения, при которой PBI начинает разлагаться, составляет 1300 ° F, что намного превышает температуру смесей Номекс / Кевлар (Номекс при 700 ° F и кевлар при 1100 ° F), что обеспечивает превосходную защиту от взлома и термическую защиту. Это причина того, что ткани PBI защищают больше пожарных в Северной Америке, чем любые другие ткани, и они занимают лидирующие доли рынка в Северной Америке, Великобритании, Европе, Австралии, Новой Зеландии и Азиатско-Тихоокеанском регионе.

Мембраны PBI

PBI использовался в качестве мембран для различных целей разделения. Традиционно PBI использовали полупроницаемые мембраны для электродиализа, обратного осмоса или ультрафильтрации.[17] PBI также использовался для разделения газов.[18][19] из-за плотной упаковки цепи, поскольку PBI имеет жесткую структуру и прочную водородную связь. Мембраны PBI плотные, с очень низкой газопроницаемостью. Чтобы обеспечить протонную проводимость, PBI обычно легируют кислотой. Чем выше уровень кислотного легирования, тем выше проводимость PBI. Но возникает одна проблема: в то же время снижается механическая прочность PBI. Таким образом, оптимальный уровень легирования - это компромисс между этими двумя эффектами. Таким образом, несколько методов, таких как ионное сшивание, ковлантное сшивание и композитные мембраны[17] были исследованы для оптимизации уровня легирования, при котором PBI имеет улучшенную проводимость без ущерба для механической прочности. Сульфированный частично фторированный полимер основной цепи арилена проявляет хорошую термическую и расширенную стабильность, высокую протонную проводимость, меньшее кислотное набухание, приемлемую механическую прочность.[20]

Фторированные сульфированные полимеры, используемые для приготовления мембран из кислотно-основных смесей с PBI. Смешанные мембраны с PBI обладают отличной термической стабильностью и повышенной стабильностью.

Формованная смола PBI

Смола PBI формована через спекание процесс, который был разработан совместно Hoechst Celanese (Северная Каролина, США) и Alpha Precision Plastics, Inc. (Хьюстон, Техас, США).[21] Формованный PBI смола является отличным кандидатом для использования в качестве высокопрочного и легкого материала. Поскольку он имеет самую высокую прочность на сжатие, 58 ksi, любой доступной ненаполненной смолы и других механических свойств, таких как предел прочности на разрыв 23 ksi, прочность на изгиб 32 ksi, режим вязкого разрушения при сжатии и плотность 1,3 г / см3.[22] Кроме того, его тепловые и электрические свойства также делают его хорошо известной термопластичной смолой. Смола PBI включает повторяющуюся структурную единицу, представленную на следующем рисунке.

Повторяющаяся структурная единица для смолы PBI


По данным исследовательской группы композитных материалов Университет Вайоминга, Детали из смолы PBI сохраняют значительную растяжение свойства и прочность на сжатие до 700 ° F (371 ° C). Детали из смолы PBI также являются потенциальными материалами для химической промышленности и нефтедобычи, которые требуют термостойкость и химическая устойчивость. В этих областях смола PBI успешно применяется для сложных уплотнений, например, седел клапанов, уплотнений штока, гидравлических уплотнений и опорных колец. В аэрокосмической промышленности смола PBI имеет преимущества высокой прочности и краткосрочной устойчивости к высоким температурам. В промышленном секторе высокая стабильность размеров смолы PBI, а также сохранение электрических свойств при высоких температурах позволяют использовать ее в качестве термического и электрического изолятор.[16]

Электролит топливного элемента

Полибензимидазол может образовывать комплекс с сильные кислоты из-за его основного характера. Комплексообразование фосфорная кислота делает его протоном проводящий материал.[23] Это делает возможным применение в высокотемпературных топливных элементах. Тест производительности ячейки показал хорошую стабильность работы в течение 200 часов при 150 ° C. Однако гелевые мембраны из PBI, изготовленные в процессе PPA, демонстрируют хорошую стабильность в течение более 17000 часов при 160 ° C.[24] Заявка в прямом метанол топливные элементы может представлять интерес также из-за лучшей селективности вода / метанол по сравнению с существующими мембранами. Wainright, Wang et al. сообщил, что PBI допировал фосфорная кислота использовался как высокотемпературный Топливный элемент электролит.[25] Легированный ПБИ высокотемпературный Топливный элемент электролит имеет ряд преимуществ. Повышенная температура увеличивает кинетическую скорость реакций топливного элемента. Это также может уменьшить проблему отравление катализатором адсорбированным монооксид углерода и сводит к минимуму проблемы, связанные с заливанием электродов.[23] PBI / H3PO4 является проводящим даже при низкой относительной влажности и в то же время обеспечивает меньшее проникновение метанола.[26] Они способствуют PBI / H3PO4 превосходить некоторые традиционные полимерные электролиты, такие как Нафион. Дополнительно PBI / H3PO4 сохраняет хорошую механическую прочность и ударную вязкость.[26] Его модуль на три порядка больше, чем у Нафион.[27] Это означает, что можно использовать более тонкие пленки, что снижает омические потери.

В PBI, допированном фосфорной кислотой, группы фосфорной кислоты не связаны напрямую с основной цепью полимера. Вместо этого анион с низкой плотностью заряда иммобилизован и связан со структурой прочной сеткой водородных связей.

Замена асбеста

Раньше только асбест может хорошо работать в высокотемпературных перчатках для использования в литейных цехах, алюминий экструзия и обработка металлов. Однако были проведены испытания, которые показали, что PBI адекватно работает как заменитель асбеста. Более того, производитель защитной одежды сообщил, что перчатки, содержащие PBI, прослужили дольше. асбест от двух до девяти раз при эффективной стоимости.[28] Перчатки, содержащие волокна PBI, мягче и эластичнее, чем перчатки из асбест, предлагая работнику большую мобильность и комфорт, даже если ткань обугливается. Кроме того, волокно PBI позволяет избежать хроническая токсичность проблемы, связанные с асбест потому что он обрабатывается по стандартной текстиль и оборудование для изготовления перчаток.[29] PBI также может быть хорошей заменой асбесту в некоторых областях производства стекла.

Фильтрация дымовых газов

Химические, термические и физические свойства PBI показывают, что он может быть многообещающим материалом в качестве фильтрующей ткани дымовых газов для угольных котлов. Немногие ткани могут выжить в кислой и высокотемпературной среде, характерной для дымовых газов угольных котлов.[30] Фильтровальные мешки также должны выдерживать истирание при периодической очистке для удаления скопившейся пыли. Ткань PBI обладает хорошей устойчивостью к истиранию. Устойчивость к кислотам и истиранию, а также термостойкость делают PBI конкурентом для этого применения.

использованная литература

  1. ^ «Патент на алифатический полибензимидазол». Получено 7 марта 2014.
  2. ^ Леонард, Нельсон. "Биографические воспоминания Карла Шиппа Марвела" (PDF). Национальная Академия Наук. Получено 13 февраля 2014.
  3. ^ «История ПБИ». Архивировано из оригинал 3 марта 2016 г.. Получено 14 февраля 2014.
  4. ^ а б c Haertsch, Эмили; Мейер, Михал (2016). "Жесткий материал". Дистилляции. 2 (2): 12–13. Получено 26 марта 2018.
  5. ^ Заявление Достопочтенного Грант Л. Хансен, помощник министра военно-воздушных сил (исследования и разработки), Ассигнования Министерства обороны на 1972 финансовый год, стр. 612.
  6. ^ Бхуян А.Л. (1982). Некоторые проблемы, связанные с механизмами разложения аддитивных полимеров (в синтезе и разложении, реологии и экструзии). Берлин u.a .: Springer. ISBN  978-3-540-11774-2.
  7. ^ Ивакура, Йошио; Уно, Кейкичи; Имаи, Йошио (июнь 1964 г.). «Полифениленбензимидазолы». Journal of Polymer Science Part A: General Papers. 2 (6): 2605–2615. Дои:10.1002 / pol.1964.100020611.
  8. ^ Варма, И. К .; Вина (апрель 1976 г.). «Влияние структуры на свойства ароматико-алифатических полибензимидазолов». Журнал науки о полимерах: издание по химии полимеров. 14 (4): 973–980. Bibcode:1976JPoSA..14..973V. Дои:10.1002 / pol.1976.170140417.
  9. ^ Фогель, Гервард; Марвел, С. С. (апрель 1961 г.). «Полибензимидазолы, новые термостойкие полимеры». Журнал науки о полимерах. 50 (154): 511–539. Bibcode:1961JPoSc..50..511V. Дои:10.1002 / pol.1961.1205015419.
  10. ^ ван Кревелен, Дирк В. (30 марта 1972 г.). «Новые разработки в области огнестойких волокон». Angewandte Makromolekulare Chemie. 22 (1): 133–157. Дои:10.1002 / apmc.1972.050220107.
  11. ^ Демартино, Р. Н. (1 августа 1984 г.). «Комфортные свойства полибензимидазольного волокна». Текстильный исследовательский журнал. 54 (8): 516–521. Дои:10.1177/004051758405400803. S2CID  135852154.
  12. ^ Чунг, Тай-Шунг (1 мая 1997 г.). «Критический обзор полибензимидазолов». Полимерные обзоры. 37 (2): 277–301. Дои:10.1080/15321799708018367.
  13. ^ а б Кричелдорф, под редакцией Ханса Р. (1992). Справочник по синтезу полимеров (Dernière ed.). Нью-Йорк: Марсель Деккер. ISBN  978-0-8247-8514-7.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов (ссылка на сайт)
  14. ^ Белохлав, Лев Р. (10 декабря 1974 г.). «Полибензимидазол». Angewandte Makromolekulare Chemie. 40 (1): 465–483. Дои:10.1002 / apmc.1974.050400122.
  15. ^ Киршенбаум, отредактированный Раймондом Б. Сеймуром, Джеральдом С. (1987). Высокоэффективные полимеры: их происхождение и развитие Труды симпозиума по истории высокоэффективных полимеров на заседании Американского химического общества, состоявшемся в Нью-Йорке 15-18 апреля 1986 г.. Дордрехт: Springer, Нидерланды. ISBN  978-94-011-7075-8.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов (ссылка на сайт)
  16. ^ а б Сандор, Р. Б. (1990). «PBI (полибензимидазол): синтез, свойства и применение». Полимеры с высокими эксплуатационными характеристиками. 2 (1): 25–37. Дои:10.1177/152483999000200103. S2CID  135830459.
  17. ^ а б Ли, Цинфэн; Дженсен, Йенс Олуф; Савинелл, Роберт Ф .; Бьеррум, Нильс Дж. (Май 2009 г.). «Высокотемпературные протонообменные мембраны на основе полибензимидазолов для топливных элементов» (PDF). Прогресс в науке о полимерах. 34 (5): 449–477. Дои:10.1016 / j.progpolymsci.2008.12.003.
  18. ^ Kumbharkar, S.C .; Ли К. (октябрь 2012 г.). «Структурно модифицированные мембраны из полых волокон из полибензимидазола с улучшенными газопроницаемыми свойствами». Журнал мембрановедения. 415-416: 793–800. Дои:10.1016 / j.memsci.2012.05.071.
  19. ^ Ли, Синь; Singh, Rajinder P .; Дудек, Кевин У .; Berchtold, Kathryn A .; Беничевич, Брайан К. (июль 2014 г.). «Влияние структуры основной цепи полибензимидазола на разделение H2 / CO2 при повышенных температурах». Журнал мембрановедения. 461: 59–68. Дои:10.1016 / j.memsci.2014.03.008.
  20. ^ Kerres, Jochen A .; Син, Даньминь; Шенбергер, Франк (15 августа 2006 г.). «Сравнительное исследование новых иономерных мембран смеси PBI из нефторированных и частично фторированных эфиров полиарилена». Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics (Физика полимеров). 44 (16): 2311–2326. Bibcode:2006JPoSB..44.2311K. Дои:10.1002 / polb.20862.
  21. ^ Уорд, Британская Колумбия (1987). «32-я SAMPE Int. Symp» (32): 853. Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)
  22. ^ Сандор, Р. Б. (1990). «PBI (полибензимидазол): синтез». Полимеры с высокими эксплуатационными характеристиками. 2 (1): 25–37. Дои:10.1177/152483999000200103. S2CID  135830459.
  23. ^ а б Саммс, С. Р. (1996). «Термическая стабильность протонпроводящего кислотно-допированного полибензимидазола в условиях моделирования топливных элементов». Журнал Электрохимического общества. 143 (4): 1225–1232. Дои:10.1149/1.1836621.
  24. ^ Pingitore AT, Huang F, Qian G, Benicewicz, BC (февраль 2019 г.). «Прочные м / п-полибензимидазольные мембраны с высоким содержанием полимера для электрохимических устройств с увеличенным сроком службы». Материалы ACS Applied Energy. 2 (3): 1720-1726. Дои:10.1021 / acsaem.8b01820.
  25. ^ Wainright JS, Wang JT, Weng D, Savinell RF, Litt, M ​​(июль 1995 г.). «Полибензимидазолы, допированные кислотой: новый полимерный электролит». Журнал Электрохимического общества. 142 (7): L121 – L123. Дои:10.1149/1.2044337.
  26. ^ а б Чжао под редакцией Т.С. (2009). Микротопливные элементы: принципы и применение. Берлингтон, Массачусетс: Academic Press. ISBN  9780123747136.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов (ссылка на сайт)
  27. ^ Бакли, А (1988). Энциклопедия науки и инженерии полимеров. Нью-Йорк: Джон Вили и сыновья.
  28. ^ Coffin, D.R .; Serad, G.A .; Hicks, H.L .; Монтгомери, Р. (1 июля 1982 г.). "Свойства и применение целанезного PBI - полибензимидазольного волокна". Текстильный исследовательский журнал. 52 (7): 466–472. Дои:10.1177/004051758205200706. S2CID  137526306.
  29. ^ Celanese. «PBI в перчатках для защиты от высоких температур» (PDF). Получено 9 марта 2014.
  30. ^ Hearle, ed. автор: J.W.S. (2004). Высокоэффективные волокна (Ред. Ред.). Бока-Ратон, Флорида [u.a.]: CRC Press. ISBN  978-1855735392.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов (ссылка на сайт)

Приложение свойств

Характеристики волокна PBI

Химическая формула поли [2,2 ’- (м-фенилен) -5,5’ бибензимидазола] (PBI) считается следующей: ([NH-C = CH-C = CH-CH = C-N = C-]2- [C = CH-C = CH-CH = CH-])п ИЛИ (C20N4ЧАС12)п из Молярная масса 308.336 ± 0.018 г /моль.[нужна цитата ]

Химическая устойчивость

Химическая устойчивостьОценка
Кислоты - концентрированныеБедный
Кислоты - разбавленныеПлохо
СпиртыХорошо
ЩелочиХорошо-плохо
Ароматические углеводородыХорошо
Смазки и маслаХорошо
Галогенированные углеводородыХорошо
КетоныХорошо

Его можно окрашивать в темные оттенки основными красителями после предварительной обработки щелочью и устойчиво к большинству химикатов.

Электрические свойства

ЭлектрическиеСвойства
Диэлектрическая проницаемость при 1 МГц3.2
Диэлектрическая прочность21 кВ · мм−1
Объемное сопротивление8x1014 Ом · см

Обладает низкой электропроводностью и низким накоплением статического электричества.

Механические свойства

МеханическийСвойства
Коэффициент трения0.19-0.27
Модуль упругости при сжатии6,2 ГПа
Прочность на сжатие400 МПа
Относительное удлинение при разрыве3%
Твердость - по РоквеллуK115
Ударная вязкость по Изоду590 Дж · м−1 без надреза
Коэффициент Пуассона0.34
Модуль упругости5,9 ГПа
Предел прочности160 МПа

Обладает стойкостью к истиранию.

Физические свойства

ФизическийСвойства
Char Доходность (менее пиролиз )Высоко
Плотность1,3 г / см3
ВоспламеняемостьНе горит
Предельный кислородный индекс58%
Радиационная стойкостьХорошо
Водопоглощение - более 24 часов0.4%

Дополнительные характеристики: не воспламеняется и не тлеет (горит медленно без пламени), плесень - устойчивы к старению, искр и брызг при сварке.

Тепловые свойства

ТермическийСвойстваОценка
Коэффициент температурного расширения23×10−6· K−1Низкий
Температура прогиба - 0,45 МПа435 ° С (815 ° F)Высоко
Теплопроводность При 23 ° C (73 ° F)0,41 Вт · м−1· K−1Низкий
Верхняя рабочая температура260–400 ° C (500–752 ° F)Высоко

Другие особенности: постоянная температура: 540 ° C (1004 ° F), не плавится, а разлагается при температуре: 760 ° C (1400 ° F) при пиролизе, сохраняет целостность и эластичность волокна до 540 ° C (1004 ° F) .

внешние ссылки