聚苯并咪唑PBI.docx

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:E 丿E 鈕孟，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°C ；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100〜250C聚苯并咪唑 最突出的优点是瞬间耐高温性，烷基PBI在465〜475C才完全分解，芳基PBI 在538C尚不分解，900C失重仅30% ,常期使用温度300〜370C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（400C ）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：TAB相对分子质量=2M.SDP1P相对令子质量=318.31+ 2H,O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270~300C， 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375~400C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一水溶 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°C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°C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 进一步提咼它的咼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°C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 150〜200C范围内使用，在酸的露点温度以下不受腐蚀。