1.開発経緯
PBO は、アメリカ空軍の空気力学の研究者によって発明されました。 ポリベンゾチアゾールの基本特許は米国のスタンフォード研究所（SRI）が保有していた。 その後、ダウケミカル社がライセンスを取得し、独自のモノマー合成法を改良しながらPBOを工業的に開発しました。 新しいプロセスでは異性体副生成物がほとんど生成されず、合成モノマーの収率が向上し、工業化の基礎が築かれました。 1990 年、日本の東洋紡績はダウ ケミカルから PBO 特許技術を購入しました。 1991 年、Dow-Badische Textile Company は東洋紡の設備で PBO 繊維を開発し、PBO 繊維の強度と弾性率が PPTA 繊維の 2 倍に大幅に増加しました。 1994年、東洋紡はDow-Badische Textile Companyの許可を得て、30億円を投資してPBOモノマー400トン/年、紡績180トン/年の生産能力を持つ生産ラインを建設した。 1995 年春に部分的に機械化された生産が開始され、1998 年までに生産能力は 200 トン/年に達し、その製品はザイロンと名付けられました。 東洋紡のザイロン開発計画によれば、その生産能力は2000年までに380トン/年、2003年までに500トン/年、2008年までに1000トン/年に達すると予想されていた。現在、世界で商業生産が可能な企業は東洋紡だけである。 PBO繊維を生産しています。
2.PBO繊維開発の展望
近年、高性能繊維複合補強材は、欧米や日本などの先進国・地域の高層ビルや大型橋梁、海洋土木などの建築分野で幅広く使用されています。 繊維クロスにエポキシ樹脂を含浸させてコンクリート表面に接着することにより、元の構造物の耐荷重性と耐震性を大幅に向上させることができます。 さらに、橋梁建設においては、鋼製ケーブルは自重があるため、より長い橋には使用できません。 代わりに、より軽くて丈夫なケーブルが好まれています。 高い比強度と優れた寸法安定性を備えた PBO 繊維で作られたケーブルが最良の選択です。 PBO 繊維は、耐熱材料の分野で従来のアスベスト材料に徐々に取って代わりつつあり、現在、350 度以下の温度で芳香族ポリアミドやその他の難燃性繊維の代替を検討しています。 350 度を超える温度では、ステンレス鋼繊維やセラミック繊維、その他の無機繊維に取って代わります。 無機繊維は非常に硬く、性能に影響を与える傷がつきやすいため、PBO 繊維は無機繊維の欠点を克服する可能性があります。 これまで、有機繊維の耐熱性は不十分（ほとんどが 400 度未満）であり、用途開発が制限されていました。 ただし、PBO 繊維の分解温度は 650 度に達し、有機繊維の中で最も高くなります。 したがって、350 度を超える用途での有機繊維の使用を PBO 繊維に置き換えることは完全に可能であり、それによって PBO 繊維耐熱材料の用途を拡大および発展させることができます。 国際調査によると、PBO 繊維には、電気絶縁材料、衛星探知、軽量材料、自動車産業、深海油田開発などの他の分野でも多くの潜在的な用途があることが示されています。 高速鉄道の車体材料として、PBO 繊維は車体の重量を軽減するだけでなく、強度も高めます。 PBO繊維の耐薬品性を活かして、様々な耐食防護服が製造できます。 宇宙探査では、限られた負担を軽減するために、PBO 繊維は宇宙で使用されるファスナーやストラップの製造に適しています。 宇宙空間環境温度-10度から460度の範囲では、耐熱探知気球の材料としても使用できます。 スポーツ競技セーリングの分野では、セイルは主に高強度、高弾性率の繊維からなるシート状の薄板で作られています。 風にさらされたときのセイルの変形を最小限に抑えるために、レーシングセイルの製造には最高の弾性率の PBO 繊維を探す必要があります。 PBO 繊維は優れた機械的特性を備えているため、ゴルフクラブ、テニスラケット、スキーポール、スキー板、サーフボード、アーチェリーの弓の弦、自転車レーシングホイールの製造に最適な材料でもあります。 PBO繊維の主要技術の研究開発と工業化により、中国は外国技術の長期的な管理と独占から脱却し、自主的なイノベーション、明るい展望、国内および大規模開発の広範な応用の道を歩み始めることができる。 PBO繊維のこと。 これは、中国の航空宇宙、国防、軍事、民生産業における高性能PBO材料の開発と持続可能な利用に貢献します。
3.繊維の性質
東洋紡の報告書によると、同社のハイエンド PBO 繊維製品の強度は 5.8GPa (ドイツでは 5.2GPa と報告)、弾性率は 180GPa で、既存の化学繊維の中で最高です。 最高 600 度の温度に耐えることができ、限界酸素指数は 68 で、炎の中で燃えたり収縮したりせず、他の有機繊維よりも高い耐熱性と難燃性を示します。 主に耐熱工業用繊維や繊維強化材料に使用されます。
PBOと他の高機能繊維の比較：PBO繊維の強度、弾性率、耐熱性、難燃性、特に強度は鋼繊維を上回るだけでなく、炭素繊維をも上回ります。 また、PBO繊維は耐衝撃性、耐摩耗性、寸法安定性に優れ、軽くて柔らかいなど、非常に理想的な繊維原料です。
PBO は 21 世紀の超高機能繊維として、優れた物理的、機械的、化学的特性を備えています。 ケブラー繊維の2倍の強度と弾性率を持ち、メタ系アラミド繊維の耐熱性、難燃性も併せ持ち、総合的な物理化学的特性はケブラー繊維を完全に上回り、高機能分野をリードしています。繊維。 直径 1 ミリメートルの 1 本の PBO フィラメントは 450 キログラムの重量を持ち上げることができます。これは鋼線繊維の 10 倍以上の強度です。
4.PBO繊維の表面改質。
PBO 繊維と樹脂マトリックスの界面せん断強度 (IFSS) は高めることができますが、カップリング剤の量が多すぎるとカップリング剤の架橋層が厚くなり、IFSS が低下する可能性があります。 繊維表面のプラズマエッチングは主にカップリング剤に影響を与え、繊維に一定の保護を提供するグラフト化架橋層を形成するため、PBO 繊維の σ の低下は顕著ではありません。 分析の結果、カップリング剤とプラズマ改質の組み合わせプロセスの最適条件は、A-187 カップリング剤含有量 2%、アルゴン低温プラズマ処理時間 2 分、圧力 50 Pa、電力選択したカップリング剤の中で、A-187 タイプが PBO 繊維とエポキシ樹脂の間の IFSS の改善に最も効果があり、最適含有量は 2% です。 (1) A-187 含有量が 2%、アルゴン低温プラズマ処理条件が 2 分、30 W、50 Pa の場合、変性 PBO 繊維の IFSS は最大 10.44 MPa に達します。修飾に A-187 カップリング剤のみを使用した場合と比較して 52% 増加し、元のファイバーの IFSS と比較して 78% 増加しています。 PBO繊維の濡れ性も大幅に向上しました。 (2) カップリング剤と組み合わせたアルゴン低温プラズマによって修飾された PBO ファイバーの場合、時間の経過による IFSS の低下は顕著ではありません。 接触角の増加も顕著ではなく、安定する傾向を示しており、わずかに下降傾向さえあります。 カップリング剤と組み合わせたアルゴン低温プラズマによって修飾された PBO 繊維の分解効果は顕著ではありません。
5.準備
PBO は、ポリリン酸 (PPA) 溶媒中での 4,6- ジアミノレゾルシノール 二塩酸塩 (DAR・2HCl としても知られる) とテレフタル酸の溶液重縮合、または P2O5 を使用した脱水によって合成されます。 PPA は重縮合の溶媒と触媒の両方として機能します。 モノマー DAR・2HCl の合成は、原料としてトリクロロベンゼンから出発し、米国のダウケミカル社によって開発に成功しました。 この方法は合成中の異性体の形成を回避し、高い収率をもたらし、PBO の工業生産において重要な役割を果たします。 ポリマードープは乾湿式紡糸プロセスを使用して紡糸され、その後洗浄および乾燥されます。 液晶紡糸を使用して液晶特性に溶解すると、伸長鎖構造を形成することができ、初期紡糸繊維（AS繊維 - 標準タイプ）は3.53 N/tex以上の強度と10.84 N/tex以上の弾性率を備えます。テックス。 弾性率を向上させるために、約600度で熱処理を行うことで、同じ強度を維持しながら弾性率が最大176.4N/texの高弾性繊維（HM繊維・高弾性タイプ）が得られます。
6.申請
PBO繊維は、優れた耐熱性、高強度、高弾性率を特徴としており、幅広い用途に使用されています。
(1) フィラメントの用途としては、タイヤ、コンベヤベルト、ホースなどのゴム製品の補強材が挙げられます。 各種プラスチックやコンクリートの補強材。 弾道ミサイル用部品や複合材料の強化。 光ファイバーケーブル用の張力部材と保護膜。 電線、ヘッドホン線、その他フレキシブルワイヤー用の強化繊維。 ロープやケーブル用の高張力材料。 高温濾過用の耐熱濾材。 ミサイルや弾丸用の防護具、防弾チョッキ、防弾ヘルメット、高性能飛行服など。 テニス、スピードボート、レーシングヨットなどのスポーツ用品。 高級スピーカー振動板、新しいコミュニケーション素材。 航空宇宙材料など
(2) チョップドファイバーやパルプの用途としては、摩擦材の強化繊維やシールガスケットなどがあります。 各種樹脂・プラスチックの材料強化等
(3) 糸の用途には消防服が含まれます。 鋳物工場や溶接アパレルなど、溶融金属を扱うための耐熱作業服。 耐切創性保護服、安全手袋、安全靴。 レーシングカーのドライバースーツ、騎手の衣装。 各種スポーツウェアやアクティブスポーツギア。 キャラレースのパイロットスーツ。 切断防止装置など
(4) 短繊維の用途としては、主にアルミ押出加工用の耐熱緩衝フェルトパッドが挙げられる。 高温濾過用の耐熱濾材。 熱保護ベルトなど