聚苯并咪唑PBI
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用于消防战斗服的防护织物来源:消防技术与产品信息作者:梁奎丁瑞金点击:1941摘要:在过去的40多年中,已经开发出了多种用于消防战斗服的阻燃织物。
事实上,亚太地区对耐火(FR)织物的需求正急剧增加,这主要是基于以下几个方面的原因:经济的发展已经使这个地区的许多地方变成了人口密集的工业化地区,无数的高层建筑矗立在大城市里;此外,越来越多的世界性活动要在该地区举行;同时就引起了国际旅行和旅游的增加。
所有这些都刺激了公共安全方面的一连串需求。
由于安全意识的提高,防护服标准也进行了修订和升级,主要是根据国际标准,如欧洲标准EN469和美国标准NFPA。
为了搞清楚何种织物用于消防战斗服,有必要先了解一下战斗服的构造。
消防人员战斗服基本上有以下4层:外表层、防水层、隔热层和衬里层。
外表层用来抵御火焰和热;防水层紧贴外表层织物,起到防止蒸气和有害化学物质透人的作用;第三层是针刺感织物或无纺织物,作为绝热层,它起到阻止热量传导的作用;衬里层是最里面的一层,使穿着者穿起来更加舒适,它通常是用隔热衬料缝制的。
在林野火战斗中,通常只在值班制服外加一件单层防护服。
用于制造防火服的织物首先必须具有耐火性,不能熔化或产生滴流。
按照ASTM(美国材料试验学会)技术规范D6413《纺织物耐火性标准测试方法(垂直测试法)》或欧洲火焰传播试验标准EN532的要求,耐火织物必须在火焰产生后2s内即熄灭,且炭化长度要小于6"。
在NFPA标准中,则要求所有织物材料的平均炭化长度不应超过4"。
除了耐火性外,外表层织物还必须具备一定的物理性能,以适应外部环境条件,如热应力等。
这些基本的安全性能包括剩余强度、耐热性、抗拉强度、抗扯强度、表面润湿性和尺寸变化等。
按照欧洲标准EN469的要求,剩余强度必须大于等于450N。
按照EN366方法A,将外表层暴露在10kW/m2的热中,用剩余强度来估算外表层的拉伸强度。
任何用于消防战斗服的织物,都必须通过耐热性测试。
主要符号对照表PI 聚酰亚胺MPI 聚酰亚胺模型化合物,N-苯基邻苯酰亚胺PBI 聚苯并咪唑MPBI 聚苯并咪唑模型化合物,N-苯基苯并咪唑PY 聚吡咙PMDA-BDA 均苯四酸二酐与联苯四胺合成的聚吡咙薄膜MPY 聚吡咙模型化合物As-PPT 聚苯基不对称三嗪MAsPPT 聚苯基不对称三嗪单模型化合物,3,5,6-三苯基-1,2,4-三嗪DMAsPPT 聚苯基不对称三嗪双模型化合物(水解实验模型化合物)S-PPT 聚苯基对称三嗪MSPPT 聚苯基对称三嗪模型化合物,2,4,6-三苯基-1,3,5-三嗪PPQ 聚苯基喹噁啉MPPQ 聚苯基喹噁啉模型化合物,3,4-二苯基苯并二嗪HMPI 聚酰亚胺模型化合物的质子化产物HMPY 聚吡咙模型化合物的质子化产物HMPBI 聚苯并咪唑模型化合物的质子化产物HMAsPPT 聚苯基不对称三嗪模型化合物的质子化产物HMSPPT 聚苯基对称三嗪模型化合物的质子化产物HMPPQ 聚苯基喹噁啉模型化合物的质子化产物PDT 热分解温度HPLC 高效液相色谱(High Performance Liquid Chromatography) HPCE 高效毛细管电泳色谱(High Performance Capillary lectrophoresis) LC-MS 液相色谱-质谱联用(Liquid chromatography-Mass Spectrum) TIC 总离子浓度(Total Ion Content)ab initio 基于第一原理的量子化学计算方法,常称从头算法DFT 密度泛函理论(Density Functional Theory)E a化学反应的活化能(Activation Energy)ZPE 零点振动能(Zero Vibration Energy)VIIIPES 势能面(Potential Energy Surface)TS 过渡态(Transition State)TST 过渡态理论(Transition State Theory)≠∆G活化自由能(Activation Free Energy)κ传输系数(Transmission Coefficient)IRC 内禀反应坐标(Intrinsic Reaction Coordinates)νi虚频(Imaginary Frequency)ONIOM 分层算法(Our own N-layered Integrated molecular Orbital and molecular Mechanics)SCF 自洽场(Self-Consistent Field)SCRF 自洽反应场(Self-Consistent Reaction Field)IX。
常见缩聚物(1)、涤纶聚酯(PET):对苯二甲酸+乙二醇(逐步聚合、熔融缩聚)1)、酯交换法:甲酯化、酯交换、终缩聚三步,甲酯化的目的是便于对苯二甲酸二甲酯的精制提纯;2)、直接酯化法。
(2)、不饱和聚酯:主链含双键,用苯乙烯交联。
(3)、聚碳酸酯(PC):以工业化的为双酚A型聚碳酸酯1)、酯交换法:熔融缩聚,双酚A +碳酸二苯酯;2)、光气直接法:界面缩聚,双酚A(NaOH,水相+光气(有机溶剂),胺类催化。
(4)、聚酰胺(PA)1)、PA-66:己二酸+己二胺,先合成66盐,保证羟基和羧基等物质的量,再进行缩聚(加入少量单官能团羧酸或微过量己二酸控制聚合物分子量);2)、PA-6:己内酰胺开环聚合。
(5)、芳族聚酰胺:溶液聚合,溶剂为二甲基乙酰胺或甲基吡咯烷酮等1)、聚间苯二甲酰间苯二胺(Nomex)2)、聚对苯二甲酰对苯二胺(Kevlar)(6)、聚酰亚胺:二酐+二胺。
(7)、聚苯并咪唑(PBI):芳族四元胺+二元芳酸(酯)(8)、聚氨酯(PU):二(多)异氰酸酯+二元醇,溶液聚合,溶剂为二甲基亚砜(DMSO)(9)、聚脲:二元胺+二异氰酸酯(10)、环氧树脂1)、双酚A型环氧树脂2)、环氧树脂的交联:二元胺和二元酸等。
(11)、酚醛树脂:第一个商品化的人工合成聚合物1)、碱催化:分两步进行,先生成预聚物,在发生交联反应;2)、酸催化:线形预聚物,需外加交联剂六亚甲基四胺(CH2)6N4。
(12)、氨基树脂1)、脲醛树脂:尿素(H2N—CO—NH22)、蜜胺树脂(三聚氰胺甲醛树脂):三聚氰胺+甲醛。
(13)、聚硅氧烷(14)、其他1)、聚砜:主链上含有砜基团(—SO2—)的杂链化合物双酚A钠盐+4,4’-二氯二苯砜→双酚A聚砜2)、聚苯硫谜。
化学试剂英文缩写A英文缩写全称A/MMA 丙烯腈/甲基丙烯酸甲酯共聚物AA 丙烯酸AAS 丙烯酸酯-丙烯酸酯-苯乙烯共聚物ABFN 偶氮(二)甲酰胺AIBN 偶氮(二)异丁腈ABPS 壬基苯氧基丙烷磺酸钠B英文缩写全称BAA 正丁醛苯胺缩合物BAC 碱式氯化铝BACN 新型阻燃剂BAD 双水杨酸双酚A酯BAL 2,3-巯(基)丙醇BBP 邻苯二甲酸丁苄酯BBS N-叔丁基-乙-苯并噻唑次磺酰胺BC 叶酸BCD β-环糊精BCG 苯顺二醇BCNU 氯化亚硝脲BD 丁二烯BE 丙烯酸乳胶外墙涂料BEE 苯偶姻乙醚BFRM 硼纤维增强塑料BG 丁二醇BGE 反应性稀释剂BHA 特丁基-4羟基茴香醚BHT 二丁基羟基甲苯BL 丁内酯BLE 丙酮-二苯胺高温缩合物BLP 粉末涂料流平剂BMA 甲基丙烯酸丁酯BMC 团状模塑料BMU 氨基树脂皮革鞣剂BN 氮化硼BNE 新型环氧树脂BNS β-萘磺酸甲醛低缩合物BOA 己二酸辛苄酯BOP 邻苯二甲酰丁辛酯BOPP 双轴向聚丙烯BP 苯甲醇BPA 双酚ABPF 双酚FBPMC 2-仲丁基苯基-N-甲基氨基酸酯BPO 过氧化苯甲酰BPP 过氧化特戊酸特丁酯BPPD 过氧化二碳酸二苯氧化酯BPS 4,4’-硫代双(6-特丁基-3-甲基苯酚) BPTP 聚对苯二甲酸丁二醇酯BR 丁二烯橡胶BRN 青红光硫化黑BROC 二溴(代)甲酚环氧丙基醚BS 丁二烯-苯乙烯共聚物BS-1S 新型密封胶BSH 苯磺酰肼BSU N,N’-双(三甲基硅烷)脲BT 聚丁烯-1热塑性塑料BTA 苯并三唑BTX 苯-甲苯-二甲苯混合物BX 渗透剂BXA 己二酸二丁基二甘酯BZ 二正丁基二硫代氨基甲酸锌C英文缩写全称CA 醋酸纤维素CAB 醋酸-丁酸纤维素CAN 醋酸-硝酸纤维素CAP 醋酸-丙酸纤维素CBA 化学发泡剂CDP 磷酸甲酚二苯酯CF 甲醛-甲酚树脂,碳纤维CFE 氯氟乙烯CFM 碳纤维密封填料CFRP 碳纤维增强塑料CLF 含氯纤维CMC 羧甲基纤维素CMCNa 羧甲基纤维素钠CMD 代尼尔纤维CMS 羧甲基淀粉D英文缩写全称DAF 富马酸二烯丙酯DAIP 间苯二甲酸二烯丙酯DAM 马来酸二烯丙酯DAP 间苯二甲酸二烯丙酯DBA 己二酸二丁酯DBEP 邻苯二甲酸二丁氧乙酯DBP 邻苯二甲酸二丁酯DBR 二苯甲酰间苯二酚DBS 癸二酸二癸酯DCCA 二氯异氰脲酸DCCK 二氯异氰脲酸钾DCCNa 二氯异氰脲酸钠DCHP 邻苯二甲酸二环己酯DCPD 过氧化二碳酸二环乙酯DDA 己二酸二癸酯DDP 邻苯二甲酸二癸酯DEAE 二乙胺基乙基纤维素DEP 邻苯二甲酸二乙酯DETA 二乙撑三胺DFA 薄膜胶粘剂DHA 己二酸二己酯DHP 邻苯二甲酸二己酯DHS 癸二酸二己酯DIBA 己二酸二异丁酯DIDA 己二酸二异癸酯DIDG 戊二酸二异癸酯DIDP 邻苯二甲酸二异癸酯DINA 己二酸二异壬酯DINP 邻苯二甲酸二异壬酯DINZ 壬二酸二异壬酯DIOA 己酸二异辛酯< lan>DMF 二甲基甲酰胺DMSO 二甲基亚砜(Dimethyl sulfoxide) E英文缩写全称E/EA 乙烯/丙烯酸乙酯共聚物E/P 乙烯/丙烯共聚物E/P/D 乙烯/丙烯/二烯三元共聚物E/TEE 乙烯/四氟乙烯共聚物E/VAC 乙烯/醋酸乙烯酯共聚物E/VAL 乙烯/乙烯醇共聚物EAA 乙烯-丙烯酸共聚物EAK 乙基戊丙酮EBM 挤出吹塑模塑EC 乙基纤维素ECB 乙烯共聚物和沥青的共混物ECD 环氧氯丙烷橡胶ECTEE 聚(乙烯-三氟氯乙烯)ED-3 环氧酯EDC 二氯乙烷EDTA 乙二胺四醋酸EEA 乙烯-醋酸丙烯共聚物EG 乙二醇2-EH :异辛醇EO 环氧乙烷EOT 聚乙烯硫醚EP 环氧树脂EPI 环氧氯丙烷EPM 乙烯-丙烯共聚物EPOR 三元乙丙橡胶EPR 乙丙橡胶EPS 可发性聚苯乙烯EPSAN 乙烯-丙烯-苯乙烯-丙烯腈共聚物EPT 乙烯丙烯三元共聚物EPVC 乳液法聚氯乙烯EU 聚醚型聚氨酯EVA 乙烯-醋酸乙烯共聚物EVE 乙烯基乙基醚EXP 醋酸乙烯-乙烯-丙烯酸酯三元共聚乳液F英文缩写全称F/VAL 乙烯/乙烯醇共聚物F-23 四氟乙烯-偏氯乙烯共聚物F-30 三氟氯乙烯-乙烯共聚物F-40 四氟氯乙烯-乙烯共聚物FDY 丙纶全牵伸丝FEP 全氟(乙烯-丙烯)共聚物FNG 耐水硅胶FPM 氟橡胶FRA 纤维增强丙烯酸酯FRC 阻燃粘胶纤维FRP 纤维增强塑料FRPA-101 玻璃纤维增强聚癸二酸癸胺(玻璃纤维增强尼龙1010树脂) FRPA-610 玻璃纤维增强聚癸二酰乙二胺(玻璃纤维增强尼龙610树脂) FWA 荧光增白剂G英文缩写全称GF 玻璃纤维GFRP 玻璃纤维增强塑料GFRTP 玻璃纤维增强热塑性塑料促进剂GOF 石英光纤GPS 通用聚苯乙烯GR-1 异丁橡胶GR-N 丁腈橡胶GR-S 丁苯橡胶GRTP 玻璃纤维增强热塑性塑料GUV 紫外光固化硅橡胶涂料GX 邻二甲苯GY 厌氧胶H英文缩写全称H 乌洛托品HDI 六甲撑二异氰酸酯(有人说是:1,6-已二异氰酸酯) HDPE 低压聚乙烯(高密度)HEDP 1-羟基乙叉-1,1-二膦酸HFP 六氟丙烯HIPS 高抗冲聚苯乙烯HLA 天然聚合物透明质胶HLD 树脂性氯丁胶HM 高甲氧基果胶HMC 高强度模塑料HMF 非干性密封胶HOPP 均聚聚丙烯HPC 羟丙基纤维素HPMC 羟丙基甲基纤维素HPMCP 羟丙基甲基纤维素邻苯二甲酸酯HPT 六甲基磷酸三酰胺HS 六苯乙烯HTPS 高冲击聚苯乙烯I英文缩写全称IEN 互贯网络弹性体IHPN 互贯网络均聚物IIR 异丁烯-异戊二烯橡胶IO 离子聚合物IPA 异丙醇IPN 互贯网络聚合物IR 异戊二烯橡胶IVE 异丁基乙烯基醚J英文缩写全称JSF 聚乙烯醇缩醛胶JZ 塑胶粘合剂K英文缩写全称KSG 空分硅胶L英文缩写全称LAS 十二烷基苯磺酸钠LCM 液态固化剂LDJ 低毒胶粘剂LDN 氯丁胶粘剂LDPE 高压聚乙烯(低密度)LDR 氯丁橡胶LF 脲LGP 液化石油气LHPC 低替代度羟丙基纤维素LIM 液体侵渍模塑LIPN 乳胶互贯网络聚合物LJ 接体型氯丁橡胶LLDPE 线性低密度聚乙烯LM 低甲氧基果胶LMG 液态甲烷气LMWPE 低分子量聚乙稀LN 液态氮LRM 液态反应模塑LRMR 增强液体反应模塑LSR 羧基氯丁乳胶M英文缩写全称MA 丙烯酸甲酯MAA 甲基丙烯酸MABS 甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物MAL 甲基丙烯醛MBS 甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物MBTE 甲基叔丁基醚MC 甲基纤维素MCA 三聚氰胺氰脲酸盐MCPA-6 改性聚己内酰胺(铸型尼龙6)MCR 改性氯丁冷粘鞋用胶MDI 3,3’-二甲基-4,4’-二氨基二苯甲烷MDI 二苯甲烷二异氰酸酯(甲撑二苯基二异氰酸酯) MDPE 中压聚乙烯(高密度)MEK 丁酮(甲乙酮)MEKP 过氧化甲乙酮MES 脂肪酸甲酯磺酸盐MF 三聚氰胺-甲醛树脂M-HIPS 改性高冲聚苯乙烯MIBK 甲基异丁基酮MMA 甲基丙烯酸甲酯MMF 甲基甲酰胺MNA 甲基丙烯腈MPEG 乙醇酸乙酯MPF 三聚氨胺-酚醛树脂MPK 甲基丙基甲酮M-PP 改性聚丙烯MPPO 改性聚苯醚MPS 改性聚苯乙烯MS 苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯树脂MSO 石油醚MTBE 甲基叔丁基醚MTT 氯丁胶新型交联剂MWR 旋转模塑MXD-10/6 醇溶三元共聚尼龙MXDP 间苯二甲基二胺N英文缩写全称NBR 丁腈橡胶NDI 二异氰酸萘酯NDOP 邻苯二甲酸正癸辛酯NHDP 邻苯二甲酸己正癸酯NHTM 偏苯三酸正己酯NINS 癸二酸二异辛酯NLS 正硬脂酸铅NMP N-甲基吡咯烷酮NODA 己二酸正辛正癸酯NODP 邻苯二甲酸正辛正癸酯NPE 壬基酚聚氧乙烯醚NR 天然橡胶O英文缩写全称OBP 邻苯二甲酸辛苄酯ODA 己二酸异辛癸酯ODPP 磷酸辛二苯酯OIDD 邻苯二甲酸正辛异癸酯OPP 定向聚丙烯(薄膜)OPS 定向聚苯乙烯(薄膜)OPVC 正向聚氯乙烯OT 气熔胶P英文缩写全称PA 聚酰胺(尼龙)PA-1010 聚癸二酸癸二胺(尼龙1010)PA-11 聚十一酰胺(尼龙11)PA-12 聚十二酰胺(尼龙12)PA-6 聚己内酰胺(尼龙6)PA-610 聚癸二酰乙二胺(尼龙610)PA-612 聚十二烷二酰乙二胺(尼龙612)PA-66 聚己二酸己二胺(尼龙66)PA-8 聚辛酰胺(尼龙8)PA-9 聚9-氨基壬酸(尼龙9)PAA 聚丙烯酸PAAS 水质稳定剂PABM 聚氨基双马来酰亚胺PAC 聚氯化铝PAEK 聚芳基醚酮PAI 聚酰胺-酰亚胺PAM 聚丙烯酰胺PAMBA 抗血纤溶芳酸PAMS 聚α-甲基苯乙烯PAN 聚丙烯腈PAP 对氨基苯酚PAPA 聚壬二酐PAPI 多亚甲基多苯基异氰酸酯PAR 聚芳酰胺PAR 聚芳酯(双酚A型)PAS 聚芳砜(聚芳基硫醚)PB 聚丁二烯-[1,3]PBAN 聚(丁二烯-丙烯腈)PBI 聚苯并咪唑PBMA 聚甲基丙烯酸正丁酯PBN 聚萘二酸丁醇酯PBR 丙烯-丁二烯橡胶PBS 聚(丁二烯-苯乙烯)PBS 聚(丁二烯-苯乙烯)PBT 聚对苯二甲酸丁二酯PC 聚碳酸酯PC/ABS 聚碳酸酯/ABS树脂共混合金PC/PBT 聚碳酸酯/聚对苯二甲酸丁二醇酯弹性体共混合金PCD 聚羰二酰亚胺PCDT 聚(1,4-环己烯二亚甲基对苯二甲酸酯)PCE 四氯乙烯PCMX 对氯间二甲酚PCT 聚对苯二甲酸环己烷对二甲醇酯PCT 聚己内酰胺PCTEE 聚三氟氯乙烯PD 二羟基聚醚PDAIP 聚间苯二甲酸二烯丙酯PDAP 聚对苯二甲酸二烯丙酯PDMS 聚二甲基硅氧烷PEG—聚乙二醇PEPA 1-氧基磷杂-4-羟甲基-2,6,7-三氧杂双环[2.2.2]辛烷PM 丙二醇甲醚PMA 二醇甲醚醋酸酯PVA---聚乙烯醇PVB—聚乙烯醇缩丁醛R英文缩写全称RE 橡胶粘合剂RF 间苯二酚-甲醛树脂RFL 间苯二酚-甲醛乳胶RP 增强塑料RP/C 增强复合材料RX 橡胶软化剂S英文缩写全称S/MS 苯乙烯-α-甲基苯乙烯共聚物SAN 苯乙烯-丙烯腈共聚物SAS 仲烷基磺酸钠SB 苯乙烯-丁二烯共聚物SBR 丁苯橡胶SBS 苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SC 硅橡胶气调织物膜SDDC N,N-二甲基硫代氨基甲酸钠SE 磺乙基纤维素SGA 丙烯酸酯胶SI 聚硅氧烷SIS 苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物SIS/SEBS 苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物SM 苯乙烯SMA 苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物SPP :间规聚苯乙烯SPVC 悬浮法聚氯乙烯SR 合成橡胶ST 矿物纤维T英文缩写全称TAC 三聚氰酸三烯丙酯TAME 甲基叔戊基醚TAP 磷酸三烯丙酯TBE 四溴乙烷TBP 磷酸三丁酯TCA 三醋酸纤维素TCCA 三氯异氰脲酸TCEF 磷酸三氯乙酯TCF 磷酸三甲酚酯TCPP 磷酸三氯丙酯TDI 甲苯二异氰酸酯TEA 三乙胺TEAE 三乙氨基乙基纤维素TEDA 三乙二胺TEFC 三氟氯乙烯TEP 磷酸三乙酯TFE 四氟乙烯THF 四氢呋喃TLCP 热散液晶聚酯TMP 三羟甲基丙烷TMPD 三甲基戊二醇TMTD 二硫化四甲基秋兰姆(硫化促进剂TT) TNP 三壬基苯基亚磷酸酯TPA 对苯二甲酸TPE 磷酸三苯酯TPS 韧性聚苯乙烯TPU 热塑性聚氨酯树脂TR 聚硫橡胶TRPP 纤维增强聚丙烯TR-RFT 纤维增强聚对苯二甲酸丁二醇酯TRTP 纤维增强热塑性塑料TTP 磷酸二甲苯酯U英文缩写全称U 脲UF 脲甲醛树脂UHMWPE 超高分子量聚乙烯UP 不饱和聚酯V英文缩写全称VAC 醋酸乙烯酯VAE 乙烯-醋酸乙烯共聚物VAM 醋酸乙烯VAMA 醋酸乙烯-顺丁烯二酐共聚物VC 氯乙烯VC/CDC 氯乙烯/偏二氯乙烯共聚物VC/E 氯乙烯/乙烯共聚物VC/E/MA 氯乙烯/乙烯/丙烯酸甲酯共聚物VC/E/VAC 氯乙烯/乙烯/醋酸乙烯酯共聚物VC/MA 氯乙烯/丙烯酸甲酯共聚物VC/MMA 氯乙烯/甲基丙烯酸甲酯共聚物VC/OA 氯乙烯/丙烯酸辛酯共聚物VC/VAC 氯乙烯/醋酸乙烯酯共聚物VCM 氯乙烯(单体)VCP 氯乙烯-丙烯共聚物VCS 丙烯腈-氯化聚乙烯-苯乙烯共聚物VDC 偏二氯乙烯VPC 硫化聚乙烯VTPS 特种橡胶偶联剂W英文缩写全称WF 新型橡塑填料WP 织物涂层胶WRS 聚苯乙烯球形细粒X英文缩写全称XF 二甲苯-甲醛树脂XMC 复合材料Y英文缩写全称YH 改性氯丁胶YM 聚丙烯酸酯压敏胶乳YWG 液相色谱无定型微粒硅胶Z英文缩写全称ZE 玉米纤维ZH 溶剂型氯化天然橡胶胶粘剂ZN 粉状脲醛树脂胶此外,有关化学试剂按杂质含量的多少分:实验试剂:缩写为LR,又称四级试剂。
耐热高分子材料及其应用刘祥威(常州轻工职业技术学院常州 213164)摘要:随着高分子材料工业技术的迅速发展,其用途已渗透到国民经济各部门以及人民生活的各个领域,己和钢铁、木材、水泥并列成为四大支柱材料。
随着现代科技的发展和中国的国际化发展,对于具有高耐热性和阻燃性高分子材料,的需求也越来越迫切。
因此,本文介绍了耐热高分子材料的定义、研究、新型高分子材料的开发和其应用领域关键词:耐热高分子;性能;合成;新型耐热高分子;应用1.耐热高分子的定义所谓耐热性高分子材料,是指同时具有良好的耐热性和机械性能的有机高分子材料。
首先,耐热性是温度和时间的函数。
作为耐热性高分子材料一般是指高分子材料在真空中350℃其寿命为1年,400℃为2周、450℃为22小时。
在空气中300℃其寿命为3个月、350℃为6天,400℃为12小时。
目前,在美国把在空气中371℃(70OF)下可使用100小时的材料作为第二代耐热性高子材料开发的目标。
这种高分子材料其最大特点是质轻,以宇宙航空领域为首,并且在各个产业领域迅速普及。
2..耐热性高分子的研究1973 年春季的美国化学年会在得克隆斯州的达拉斯召开, 这个年会的有机涂膜及塑料部门会议举办的“高温高分子的合成与物性”座谈会是献给亚利桑那大学的C.s. 玛威尔教授的。
说是全美所有的耐热性高分子研究者群贤毕至也并不过分玛威尔教授今年84 岁, 仍继续着耐热性高分子的合成研究, 他是这个领域的首届一指的人物。
由于这方面的功绩被授于波顿奖, 上述座谈会就是为纪念这次授奖而召开的。
玛威尔教授在会上作了受奖演说。
首先他说: “自己一开始并不是对耐热性高分子的合成抱有特别的兴趣, 在50 年代初, 当时自己任伊利诺斯大学教授时, 一天由设在俄亥州戴通的美国空军雷登. 派塔松基地空军研究所一位青年中尉到家里来了, 开口就说他想搞提高分子耐热性的研究”。
因此, 耐热性高分子材料的研究是由于作为航空材料的要求而开始的, 这是最大的特征。
聚苯并咪唑(polybenzimidazoles)
主链含重复苯并咪唑环的一类聚合物。
英文缩写PBI托基纶(Togylen)。
由芳族四胺和脂族或芳族二羧酸酯制备的聚苯并咪唑结构为:
式中R为烷基碳链,Ar为芳香环结构。
聚烷基苯并咪唑的密度1.2克/厘米3,玻璃化温度234~275℃;全芳族聚苯并咪唑的密度1.3~1.4克/厘米3,玻璃化温度比前者高100~250℃。
聚苯并咪唑最突出的优点是瞬间耐高温性,烷基PBI在465~475℃才完全分解,芳基PBI 在538℃尚不分解,900℃失重仅30% ,常期使用温度300~370℃。
此外耐酸碱介质、耐焰和有自灭性、良好的机械和电绝缘性,热收缩极小。
制备方法
由多胺与二酸或二酯在高温下熔融缩聚,先生成可溶性的聚氨基酰胺,然后通过脱水环化反应生成咪唑环聚合物。
高温( 400℃)处理到完全固化后,聚合物变为不溶不熔。
典型的聚合物由 3,3′-二氨基联苯和间苯二甲酸二苯酯缩合而成,其纤维称PBI纤维。
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与375~400℃固相聚合2~3h,制成黄棕色粒状PBI树脂。
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。
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。
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。
其主要性能如下:
1.良好的纺织加工性:纤维强度
2.8-5.0CN/dtex,断裂伸长率超过棉花一般为10%-15%,在标准状态下,吸湿高达15%,手感较好,具有良好的纺织加工性能。
2.杰出的阻燃性能:该纤维在空气中气体释出的速率极低,是惰性气体,所以它在空气中实际上不燃烧的。
其极限氧指数达到38-46%,在燃烧时不熔融,不收缩或很少收缩,并离火后立即自熄。
3.吸湿性高:该纤维吸湿率可达13%-15%,通过酸稳定化处理后还能使回潮率进一步提高。
它的高吸湿性和柔软的手感使所制成的织物具有良好的穿着舒适性。
4.良好的染色性:纤维呈金黄色,其化学结构和形态结构类似于羊毛,可采用分散染料和酸性染料进行染色。
5.热稳定性好:在整个测量温度范围内,该纤维初始模量保持常数,在接近500摄氏度时,由于氧化交联,初始模量开始增加。
在惰性气体或真空中,即使在350摄氏度下历经300小时也不会产生明显的老化效应。
6.化学稳定性好:它对水解作用稳定,在149摄氏度及441.9Kpa的蒸汽压下处理72小时,纤维的强度几乎无损失,纤维浸泡于酸或碱的溶液中强度保持率也很高,
7.耐光性较差:可见光区域内,纤维分子对光具有吸收作用,并可发生光降解,特别是在氧存在下这种作用急剧增强。
应用
聚苯并咪唑纤维主要用于要求纤维阻燃、耐高温和无烟、低毒的领域。
可用于制作防护服(消防服、防高温工作服、飞行服)和救生用品等,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。
还可用作宇宙飞船重返地球时及喷气飞机减速用的降落伞、减速器和热排出气的储存器等。
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。