第十八章

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第十八章 PBI纖維

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•概述

• 一種防火性纖維,用作熱的絕緣性材 料;PBI纖維在空氣中不燃燒也不熔解。雖 在550℃左右高溫之下,也不冒煙或放出有 毒的氣體。且在高溫下保持著尺寸安定

性。纖維強度也不會受到普通有機溶劑的 影響,且能抵抗蒸氣水解。也有良好的舒 適感。

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•簡史

• PBI纖維是由聚2 , 2 - 苯基 - 5 , 5 - 苯駢咪唑(poly - 2 , 2 phenylene –5 ,5 bibenzimidazole)聚合而成。在高溫時可 紡成長纖,用二甲乙醯胺

(CH3CON(CH3)2)為溶劑。1963年美國 空軍材料試驗所與賽蘭尼絲公司合作成

功,發展並紡成耐高溫的PBI纖維,用作火 箭收回降落傘。最近發展用做太空衣、太 空裝備、編織、太空艙的防火座椅。塑膠 補強劑、接著劑,複合材料等用途。

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•製造

•一、PBI纖維的合成:

• 將等量的DPIP(Diphenyl

Isophthalate)單體和等量的TAB(Tetra- Aminobiphenyl)單體在惰性大氣狀態下反 應,則產生聚聯苯駢咪唑及副產物酚

(Phenol)和水,以致聚合體生成許多泡

沫。然後在275~300℃下加熱1~2小時。

將泡沫冷卻,搗碎成粉末。將粉末聚合體 再在375~400℃的溫度下加熱2~3小時,

至此已完成合成的程序。

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• 二、PBI纖維製造流程:如圖二

• 首先將聚合完成的PBI聚合體溶解 於二甲基乙醯氨(CH3CON(CH3)2)),

採用乾式紡絲法,抽出來的長絲經固化 再在400~500℃牽伸,以獲得最適宜的 物理性質。纖維的熱收縮大小主要由磺 化作用所決定。由實驗證實經磺化作用 的纖維,其熱收縮少於10%,如未經磺 化作用的纖維,其熱收縮率大於15%以 上。磺化機構如圖三,此種磺化熱處理 是在500℃下加熱30秒。

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•性質

• PBI纖維具有良好的熱安定性、耐化 學藥品性,穿著時有舒適感。主要是因為 具高的回潮率、低收縮性,尺寸安定性極 為良好。

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•PBI纖維的特性如下:

•(a)耐熱性質:

1.抗焰性:

•實驗發現PBI纖維在927℃左右燃燒120 秒,和其他耐熱性纖維比較發現它的燃燒 的時間比一般的纖維高出5倍,且溫度也比 其他耐熱性纖維高出28℃以上。

•極限(臨界)氧指數(LOI)=O2/( N2+O2

100%

•PBI纖維的LOI值為41%,優於其他纖維。

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2.熱安定性:

• PBI纖維具有優越的熱安定性。PBI纖維 在550℃下初步分解所得的產物為二氧化 碳和水。如在空氣中750℃則產生氰化

氫、一氧化碳、二氧化硫等氣體。各種氣 體的產量隨溫度而改變。它的強度改變也 是另一種重要的性質。

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•(b)耐化學品性:如表二

•PBI纖維浸入下列有機溶劑中168小時在30℃的 情況下,強度仍不受影響:

•Acetic Acid (乙酸)

•Methanol (甲醇)

•Perchloroethylene (四氯化碳)

•Dimethylacetamide (二甲基乙醯胺)

•Dimethylformamide (二甲基甲醯胺)

•Kerosene (火油)

•Acetone (丙酮)

•Gasoline (汽油)

•PBI纖維具有極高的耐蒸氣水解性。

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•用途

•(a)代替石棉:如表三

• 具有高溫耐熱性、化學安定性,且在空氣中已 不燃燒也不熔融,在火燄中已不發生煙霧,也不 產生毒氣。PBI手套具有較舒適感並耐摩擦,更 能抵抗熔化金屬的濺液。

•(b)保護衣:如表四

•PBI具有耐火性質,所以可用來做防火衣、太空 衣以及各種的保護衣服。

• PBI製成的保護衣穿著時較為舒適,重量也比 玻璃織物為輕。具較舒適性,由於含有百分之十 四的回潮率(在20℃下)。此種特性也有利於抵抗 燃燒。

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•(c)煙道氣的過濾:

• 由於PBI具有高的耐熱性、耐化學藥品 性、耐摩擦性,所以可代替玻璃纖維用於 過濾方面。

•(d)其他應用:

• 紡成的織物,用於飛機上的座椅、電子 馬達線圈的墊襯、火箭馬達絕緣體,以及 複合材料的結構物等等。

•結論

•價格昂貴,賽蘭尼絲公司正在努力研究如 何降低成本。

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