聚苯并咪唑纤维简介

聚苯并咪唑纤维全称为聚-2，2'-间苯撑-5，5'-双苯并咪唑纤维，简称PBI纤维和托基纶（Togylen）。美国塞拉尼斯（Celanese）公司于20世纪60年代中期研制成功，1983年投入工业化生产，年产量为500吨。它是一种典型的杂环高分子耐热纤维，大分子主链上含有苯并咪唑撑，它主要作为宇航密封舱耐热防火材料，由于该纤维吸湿率高达15%，因此自1983年后，又开发了穿着舒适的高温防护服等民用产品。 聚苯并咪唑是由间苯二甲酸二苯酯（DPID）和联苯四胺（TAB）缩聚而成，反应生成的低分子物苯酚和水以气泡形成残留于聚合物中，经粉碎后于375-400摄氏度加热2-3小时，将低分子物充分蒸出。然后将聚合物溶解在含有少量氯化锂的二甲基乙酰胺（DMAC）溶剂中配成浓度为20%-30%的纺丝原液，过滤后经喷丝孔挤出，通过高温干法纺丝制成的纤维固化后于400-500摄氏度下拉伸，丝束再用2%硫酸-磺酸盐处理成为稳定的PBI结构，磺化后于500摄氏度热处理，再经过水洗、拉伸、酸洗等一系列处理，最后卷绕成丝筒。 聚苯并咪唑纤维具有一系列特殊的性能，如阻燃性、尺寸热稳定性、高温下耐化学稳定性及穿着舒适性。现将其主要性能分述如下： 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。 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。其熔点560摄氏度，在304摄氏度下受热50小时，纤维强度仍能保持50%。特别是经热稳定化处理的织物，其尺寸热稳定性明显改善，燃烧时的收缩率从50%减少到6%。 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。 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。由于该纤维的玻璃化转变温度Tg很高，约在400摄氏度以上，加之大分子上存在氢键，使其自身有强的联结，因此染料扩散时所需的聚合物链段的活动受到了严格的限制，故必须采用载体染色法。目前广泛采用的是原液染色法。 热稳定性 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。在温度升高或暴露于光化学降解的条件下，聚苯并咪唑纤维的使用寿命取决于环境中的含氧量。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。 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，因此，它的化学稳定性是极高的。 耐光性较差 该纤维的耐光性能较差。虽然咪唑亚单元在光化学上是稳定的，但在可见光区域内，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，这是导致光降解的主要原因。如果在缺少氧的情况下，即使在室外暴露16周后，其强度也不会下降。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。它的突出的耐热性能使其在特殊应用中成为取代石棉的一种良好材料，有它制成的耐高温手套在温度高达815摄氏度时的寿命比石棉高2-9倍。该纤维织物可用于制作防护服（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。