Sợi PBO là một loại siêu sợi được làm từ polyme poly(p-phenylene-2,6-benzobisoxazole) thông qua quy trình kéo sợi ướt khô phun.Cấu trúc phân tử của nó có độ cứng và khả năng định hướng cao, mang lại cho nó những đặc tính cơ học và độ ổn định nhiệt tuyệt vời.Sợi PBO chủ yếu được chia thành hai loại: một loại là kéo sợi (loại AS), thu được trực tiếp thông qua kéo sợi;loại còn lại là mô đun cao (loại HM), là sợi được kéo thành sợi sau khi xử lý nhiệt, có mô đun cao hơn.
Dệt đề cập đến quy trình truyền thống đan xen hai bộ sợi (sợi dọc và sợi ngang) theo góc vuông để tạo thành vải.Vải dệt thoi PBO là loại vải được sản xuất bằng cách sử dụng sợi PBO làm nguyên liệu thô trong quá trình dệt.Nó thường áp dụng cấu trúc dệt trơn, phương pháp đan xen đơn giản nhất trong đó mỗi sợi ngang lần lượt đi qua và dưới sợi dọc, mang lại độ ổn định cấu trúc và tính chất cơ học tốt.
Sản xuất vải dệt thoi PBO là một quy trình chính xác, chủ yếu bao gồm ba bước chính: chuẩn bị sợi, chuẩn bị sợi và dệt.
Polymer PBO được tổng hợp thông qua phản ứng polycondensation giữa axit terephthalic hoặc terephthaloyl clorua và 4,6-diamino-1,3-benzendiol hydrochloride (DAR) trong dung môi như axit polyphosphoric (PPA).Dung dịch polyme thu được sẽ được kéo thành sợi thông qua quy trình kéo sợi khô phun ướt (kéo sợi có khe hở không khí).Trong quy trình này, dung dịch tinh thể lỏng được ép đùn từ máy trộn, đầu tiên đi qua lớp không khí (phần khô) nơi xảy ra sự định hướng và kéo dài cao, sau đó đi vào bể đông tụ (phần ướt) để hóa rắn.Quá trình này giảm thiểu các khuyết tật trên bề mặt sợi, từ đó nâng cao tính chất cơ học của nó.
Công đoạn chuẩn bị sợi trước khi dệt vải PBO và bản thân việc dệt vải có những yêu cầu cụ thể:
Các bước chính bao gồm:
Sau đây là sơ đồ của quy trình sản xuất vải dệt thoi PBO:
Hiệu suất của vải dệt PBO là đặc biệt.Các thông số kỹ thuật chính của nó được thể hiện trong bảng dưới đây:
| Tài sản | Các chỉ số tham số | Tài liệu tham khảo so sánh (ví dụ: Para-aramid) |
|---|---|---|
| Mật độ tuyến tính sợi | Thông số kỹ thuật đa dạng từ 100D - 1500D | Thông số kỹ thuật chung tương tự |
| Độ bền kéo | 30 - 38 cN/dtex | Khoảng gấp đôi so với para-aramid |
| Mô đun kéo | 140 - 280 GPa | Khoảng gấp đôi so với para-aramid |
| Độ giãn dài khi đứt | 2% - 4% | Tương đối thấp |
| Tỉ trọng | 1,54 - 1,56 g/cm³ | Nhẹ hơn nhiều so với dây thép (~7,8 g/cm³) |
| Khả năng chịu nhiệt | Nhiệt độ phân hủy nhiệt ~ 650oC Mất khối lượng đẳng nhiệt trong không khí ở 400oC <5% |
Cao hơn khoảng 100oC so với aramid |
| Chỉ số oxy giới hạn (LOI) | 68 | Rất cao (aramid khoảng 29) |
| Khả năng chịu nhiệt lâu dài | Biến dạng dẻo <0,03% sau 100 giờ dưới 50% tải trọng đứt | Xuất sắc |
| Tính ổn định hóa học | Chịu được hầu hết các dung môi hữu cơ và kiềm Dễ dàng hòa tan bởi các axit mạnh như conc.axit sulfuric, axit metansulfonic |
Tốt hơn aramid (aramid nhạy cảm với thuốc tẩy) |
Bên cạnh các thông số trên, sợi PBO còn sở hữu khả năng chống va đập, chống mỏi, chống ma sát và ổn định kích thước rất tốt (hệ số giãn nở nhiệt là -6×10⁻⁶/oC).Hằng số điện môi của nó thấp, mang lại đặc tính truyền sóng tốt, khiến nó phù hợp với các ứng dụng cửa sổ điện từ như mái vòm.
Nhờ tính năng vượt trội nên ứng dụng của vải dệt PBO chủ yếu tập trung vào các lĩnh vực công nghệ cao, công nghiệp cao cấp:
Vải dệt thoi PBO đại diện cho đỉnh cao của vật liệu và công nghệ dệt hiện đại.Hiệu suất toàn diện của nó vượt xa so với các loại sợi hiệu suất cao truyền thống như aramid và polyethylene trọng lượng phân tử cực cao.Được sản xuất thông qua các quy trình trùng hợp phức tạp, kéo sợi ướt, xoắn và dệt bằng tia khô, nó có độ bền, mô đun, khả năng chịu nhiệt và khả năng chống cháy vô song.
Mặc dù giá thành hiện tại của sợi PBO cao và độ ổn định của nó trong môi trường axit mạnh là không đủ, nhưng giá trị ứng dụng của nó trong các lĩnh vực như hàng không vũ trụ, quốc phòng, phòng cháy chữa cháy và công nghiệp cao cấp là không thể thay thế.Với sự trưởng thành liên tục của công nghệ sản xuất và mở rộng năng lực sản xuất, giá thành của vật liệu PBO dự kiến sẽ giảm dần và các lĩnh vực ứng dụng của nó sẽ tiếp tục mở rộng.Nó được dự đoán sẽ đóng một vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực hơn như phương tiện sử dụng năng lượng mới và gia cố tòa nhà đặc biệt trong tương lai.
