Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен с полибензимидазолов )
Перейти к навигации Перейти к поиску
полибензимидазол
Полиимидазол с бифенилом.png
Идентификаторы
ChemSpider
  • никто
Характеристики
(C 20 H 12 N 4 ) сущ.
Молярная массаПеременная
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
Ссылки на инфобоксы

Полибензимидазольное волокно ( PBI , сокращение от поли [2,2 '- ( м -фенилен) -5,5'-бисбензимидазол] ) волокно представляет собой синтетическое волокно с очень высокой температурой разложения и не имеет точки плавления . Он обладает исключительной термической и химической стабильностью и плохо воспламеняется. [ необходима цитата ] Впервые он был обнаружен американским химиком-полимером Карлом Шиппом Марвелом в поисках новых материалов с превосходной стабильностью, сохранением жесткости и ударной вязкости при повышенных температурах. Из-за своей высокой стабильности полибензимидазол используется для изготовления высокоэффективной защитной одежды, такой какэкипировка пожарных , скафандры космонавтов , термозащитные перчатки, одежда сварщиков и ткани для стен самолетов. Полибензимидазол применялся в качестве мембраны в топливных элементах .

История [ править ]

Открытие [ править ]

Бринкер и Робинсон впервые сообщили об алифатических полибензимидазолах в 1949 году. [1] Однако открытие ароматического полибензимидазола, который демонстрирует превосходные физические и химические свойства, обычно приписывают Карлу Шиппу Марвелу в 1950-х годах. [2] Лаборатория материалов базы ВВС Райт Паттерсон подошла к Marvel. Они искали материалы, подходящие для тормозных парашютов, которые могли бы выдерживать кратковременные механические нагрузки. Однако термическое сопротивление всех известных в то время нитей было недостаточным. Первоначальный поиск был сосредоточен на ароматических конденсационных полимерах, но амидная связь оказалась слабым звеном для достижения максимальной термической стабильности.полимера, тогда как исследования Marvel были сосредоточены на конденсационных полимерах с ароматическими и гетероароматическими повторяющимися звеньями . Это постепенно привело к открытию полибензимидазола.

Развитие [ править ]

Копия скафандра "Аполлон", временная выставка Фонда химического наследия , 2014 г.

Историю его развития можно кратко изложить в следующем списке: [3]

  • В 1961 г. H. Vogel и CS Marvel разработали полибензимидазол с расчетом на то, что полимеры будут обладать исключительной термической и окислительной стабильностью. [4]
  • Впоследствии, в 1963 году, НАСА и Лаборатория материалов ВВС спонсировали значительную работу с полибенимидазолом для применения в аэрокосмической и оборонной промышленности в качестве негорючего и термостойкого текстильного волокна. [4]
  • В 1969 году ВВС США выбрали полибензимидазол (PBI) из-за его превосходных тепловых защитных характеристик после того, как в 1967 году пожар на борту космического корабля Apollo 1 убил трех астронавтов. [4]
  • В начале 1970-х годов лаборатории ВВС США проводили эксперименты с полибензимидазольными волокнами для изготовления защитной одежды, чтобы снизить смертность летных экипажей от пожаров. [5]
  • В 1970-х годах НАСА продолжало использовать PBI как часть одежды астронавтов на Apollo, Skylab и многочисленных полетах космических челноков.
  • Когда Sky lab упала на землю, часть, которая пережила повторный вход, была покрыта PBI и, таким образом, не сгорела.
  • 1980-е - ПБИ был введен в пожарную службу, [ что? ] и с помощью Project Fires была разработана внешняя оболочка стрелочного снаряжения. Так родилась ткань PBI Gold, состоящая из 40% PBI / 60% параарамида. До этого в США использовались комбинации материалов Nomex, кожи и кевлара.
  • 1983 - Запускается уникальная производственная установка, и волокна PBI становятся коммерчески доступными.
  • 1990-е годы - вводятся короткие волокна PBI для использования в автомобильных тормозных системах. Штапельное волокно PBI выходит на рынок самолетов для изготовления противопожарных слоев сидений.
  • 1992 - Разработаны легкие ткани PBI для огнестойкой спецодежды для электроэнергетики и нефтехимии.
  • 1994 - Ткань PBI Gold разработана в черном цвете и рекомендована FDNY.
  • 2001 - После террористических атак 11 сентября многих из 343 убитых пожарных можно было опознать только по их TenCate PBI Turnout Gear.
  • 2003 - PBI Matrix была коммерциализирована и представлена ​​как PBI следующего поколения для пожарного стрелкового снаряжения.

Свойства [ править ]

Общие физические свойства [ править ]

PBI обычно представляет собой твердое вещество от желтого до коричневого цвета, которое может плавиться при температуре до 400 ° C или выше. [6] Растворимость из PBI является спорным, так как в то время как большая часть линейного PBI частично или полностью растворяется в сильных протонных кислот (например, серной кислоты или метансульфоновой кислоты ), противоречивые наблюдения solubities были зарегистрированы среди слабых кислот , таких как муравьиная кислота и в некислой среде, такой как растворители апротонного типа амида и диметилсульфоксид. Например, один тип PBI, полученный в фосфорной кислоте, был обнаружен Iwakura et al. [7] частично растворим в муравьиной кислоте , но полностью растворим в диметилсульфоксиде и диметилацетамиде., тогда как Варма и Вина [8] сообщили о том, что тот же тип полимера полностью растворяется в муравьиной кислоте , но лишь частично в диметилсульфоксиде или диметилацетамиде .

Термическая стабильность [ править ]

Известно, что производные имидазола являются стабильными соединениями. Многие из них устойчивы к самым сильным воздействиям кислот и щелочей и нелегко окисляются. Высокая температура разложения и высокая стабильность при температуре выше 400 ° C позволяют предположить, что полимер с бензимидазолом в качестве повторяющегося звена также может демонстрировать высокую термостабильность. Полибензимидазол и его ароматические производные могут выдерживать температуры, превышающие примерно 500 ° C, без размягчения и разложения. Полимер, синтезированный из изофталевой кислоты и 3,3'-диаминобензидина , не плавится при воздействии температуры 770 ° C и теряет только 30% своего веса после воздействия высокой температуры до 900 ° C в течение нескольких часов. [9]

Огнестойкость [ править ]

Свойство материала, которое необходимо учитывать перед применением, - это воспламеняемость , которая демонстрирует, насколько легко один материал может воспламениться и воспламениться в реальных условиях эксплуатации. Это может повлиять на его применение в различных областях, например, в строительстве, проектировании заводов и внутренней отделке. Существует ряд количественных оценок воспламеняемости, таких как предельный кислородный индекс (LOI), то есть минимальная концентрация кислорода, при которой данный образец может гореть в конфигурации, подобной свече. Они позволяют провести «ранжирование» сравнения воспламеняемости . Данные показывают, что PBI - материал с высокой огнестойкостью по сравнению с обычными полимерами. [10]

Восстановление влаги [ править ]

Восстановление влаги PBI полезно в защитной одежде; это делает одежду удобной для ношения, в отличие от других синтетических полимеров. По способности удерживать влагу PBI (13%) выгодно отличается от хлопка (16%). [11]

Синтез [ править ]

Получение PBI (IV) может быть достигнуто реакцией конденсации дифенилизофталата (I) и 3,3 ', 4,4'-тетрааминодифенила (II) (рис. 1). Спонтанная циклизация промежуточно образованного аминоамида (III) в PBI (IV) обеспечивает гораздо более стабильную амидную связь. Этот синтетический метод был впервые использован в лаборатории, а затем преобразован в двухэтапный процесс. В типичном синтезе исходные материалы нагревали при 270 ° C в течение 1,5 часов с образованием форполимера PBI, а затем форполимер нагревали при 360 ° C в течение еще 1 часа с образованием конечного продукта товарного качества.

Причина второго этапа заключается в образовании побочных продуктов, фенола и воды на первом этапе, с образованием объемной пены [12], которая приводит к увеличению объема в несколько раз по сравнению с исходным. Это вопрос, который необходимо учитывать промышленным производителям. Эта пена может быть уменьшена путем проведения поликонденсации при высокой температуре около 200 ° C и под давлением 2,1-4,2 МПа. [13]Пену также можно контролировать, добавляя в процесс поликонденсации жидкости с высокой температурой кипения, такие как дифениловый эфир или цетан. Температура кипения может заставить жидкость оставаться на первой стадии поликонденсации, но испаряться на второй стадии конденсации твердых веществ. Недостатком этого метода является то, что в PBI все еще остаются жидкости, и их трудно удалить полностью. [13]

Фигура 1. Синтетическая схема полибензимидазола.


При замене тетрамина и кислоты был синтезирован ряд различных ароматических полибензимидазолов. В следующей таблице (Таблица 1) [14] перечислены некоторые возможности комбинирования, синтезированные в литературе. Некоторые из комбинаций фактически были переведены в волокна в небольших масштабах. Однако единственный значительный прогресс, достигнутый на сегодняшний день, - это PBI.

Формула для производных полибензимидазола, где R представляет собой ароматическое ядро, симметрично тетразамещенное, с атомами азота формулы, являющимися частью бензимидазольных колец, и R 'является членом ароматического углеводородного кольца.
R (тетрамин)R '(кислота))
БензолБензол
ДифенилДифенил
Дифениловый эфирДифениловый эфир
ДифенилсульфонНафталин
НафталинПиридин
ПиридинАнтрахинон
АнтрахинонФерроцен
Антрацен
Таблица 1. Другие мономеры, образующие производные полибензимидазола

Наиболее распространенной формой PBI, используемой в промышленности, является форма волокна. Процесс получения волокна после полимеризации показан на рисунке. Полимер превращают в раствор с использованием диметилацетамида в качестве растворителя. Раствор фильтруют и превращают в волокна с помощью процесса высокотемпературного сухого прядения. Затем волокно вытягивают при повышенной температуре для получения желаемых механических свойств. Затем он сульфируется и превращается в скобу с использованием обычных методов обжима и резки.

Волокно PBI обрабатывается в несколько этапов после полимеризации для получения штапельной формы PBI для непосредственного использования.

Приложения [ править ]

До 1980-х годов основными областями применения PBI были огнезащитные покрытия, термозащитная одежда и мембраны обратного осмоса. Его применение стало разнообразным к 1990-м годам, когда были разработаны формованные детали из PBI и микропористые мембраны.

Защитная одежда [ править ]

Термостабильность, огнестойкость и восстановление влаги PBI, а также его традиционные свойства обработки текстиля позволяют обрабатывать его на обычном оборудовании для текстильной обработки штапельного волокна. Эти характеристики приводят к одному из наиболее важных применений PBI: защитной одежде. Из нитей PBI производилась защитная одежда, такая как экипировка пожарных и костюмы космонавтов. Нити PBI получают методом сухого формования из диметилацетамида, содержащего хлорид лития. После стирки и сушки полученная пряжа имеет золотисто-коричневый цвет.

Теперь волокна, используемые в защитном снаряжении, - это поли (2,2'-м-фенилен-5,5'-бибензимидазол), в котором тетрааминобифен используется в качестве мономера для улучшения термоустойчивости.

Волокно PBI является отличным кандидатом для применения в суровых условиях благодаря сочетанию термических, химических и текстильных свойств. Огнестойкость и термостойкость - важнейшие свойства защитной одежды. Этот вид одежды включает в себя защитную одежду пожарных, костюмы космонавтов, [15] алюминированное аварийно-спасательное оборудование, одежду промышленных рабочих и костюмы для водителей гоночных автомобилей. [16]

В настоящее время большинство защитных средств пожарных изготавливаются из волокна PBI.

Ткани с добавлением PBI были предпочтительным выбором активных пожарных частей в Северной и Южной Америке и во всем мире на протяжении более 30 лет. От Нью-Йорка, Сан-Диего, Сан-Франциско, Филадельфии, Сиэтла, Нэшвилла до Сан-Паулу, Белина, Гонконга и многих других. Внешние оболочки PBI, признанные ведущим брендом высокоэффективных защитных тканей, выбирают, когда пожарные службы стремятся повысить тепловую защиту и долговечность. Высокая температура разложения, при которой PBI начинает разлагаться, составляет 1300 ° F, что намного превышает температуру смесей Номекс / Кевлар (Номекс при 700 ° F и кевлар при 1100 ° F), что обеспечивает превосходную защиту от взлома и термическую защиту. Это причина того, что ткани PBI защищают больше пожарных в Северной Америке, чем любые другие ткани, и они занимают лидирующие доли рынка в Северной Америке, Великобритании, Европе, Австралии,Новая Зеландия и Азиатско-Тихоокеанский регион.

Мембраны PBI [ править ]

PBI использовался в качестве мембран для различных целей разделения. Традиционно PBI использовали полупроницаемые мембраны для электродиализа, обратного осмоса или ультрафильтрации. [17] PBI также использовался для разделения газов. [18] [19] из-за его плотной упаковки цепи, поскольку PBI имеет жесткую структуру и сильную водородную связь. Мембраны PBI плотные, с очень низкой газопроницаемостью. Чтобы быть протонопроводящим, PBI обычно легируют кислотой. Чем выше уровень кислотного легирования, тем выше проводимость PBI. Но возникла одна проблема: в то же время снижается механическая прочность PBI. Таким образом, оптимальный уровень легирования - это компромисс между этими двумя эффектами. Таким образом, множество методов, таких как ионное сшивание, ковлантное сшивание и композитные мембраны [17] были исследованы для оптимизации уровня легирования, при котором PBI имеет улучшенную проводимость без ущерба для механической прочности. Сульфированный частично фторированный полимер основной цепи арилена проявляет хорошую термическую и расширенную стабильность, высокую протонную проводимость, меньшее кислотное набухание, приемлемую механическую прочность. [20]

Фторированные сульфированные полимеры, используемые для приготовления мембран из кислотно-основных смесей с PBI. Смешанные мембраны с PBI обладают отличной термической стабильностью и повышенной стабильностью.

Формованная смола PBI [ править ]

Полимер PBI формуют с помощью процесса спекания, который был совместно разработан компаниями Hoechst Celanese (Северная Каролина, США) и Alpha Precision Plastics, Inc. (Хьюстон, Техас, США). [21] Формованная смола PBI является отличным кандидатом в качестве высокопрочного материала с малым весом. Поскольку он имеет наивысшую прочность на сжатие, 58 тысяч фунтов на квадратный дюйм , из всех доступных, ненаполненных смол и другие механические свойства, такие как прочность на растяжение 23 тысячи фунтов на квадратный дюйм , прочность на изгиб 32 тысячи фунтов на квадратный дюйм , режим вязкого разрушения при сжатии и плотность 1,3 г / см3. . [22] Кроме того, его тепловые и электрические свойства также делают его хорошо известной термопластичной смолой. Смола PBI содержит повторяющуюся структурную единицу, представленную на следующем рисунке.

Повторяющаяся структурная единица для смолы PBI


По данным Исследовательской группы композитных материалов Университета Вайоминга , детали из полимера PBI обладают значительными растягивающими свойствами и прочностью на сжатие до 700 ° F (371 ° C). Детали из смолы PBI также являются потенциальными материалами для химической промышленности и нефтедобычи, которые требуют термической стабильности и химической стойкости.. В этих областях смола PBI успешно применяется для сложных уплотнений, например, седел клапанов, уплотнений штока, гидравлических уплотнений и опорных колец. В аэрокосмической промышленности смола PBI имеет преимущества высокой прочности и краткосрочной устойчивости к высоким температурам. В промышленном секторе высокая стабильность размеров смолы PBI, а также сохранение электрических свойств при высоких температурах позволяют использовать ее в качестве теплового и электрического изолятора . [16]

Электролит топливного элемента [ править ]

Полибензимидазол может образовывать комплексы с сильными кислотами из-за его основного характера. Комплексообразование с фосфорной кислотой делает его протонопроводящим материалом . [23] Это делает возможным применение в высокотемпературных топливных элементах. Тест производительности ячейки показал хорошую стабильность работы в течение 200 часов при 150 ° C. Однако гелевые мембраны из PBI, изготовленные в процессе PPA, показывают хорошую стабильность в течение более 17000 часов при 160 ° C. [24] Применение в топливных элементах прямого действия на метаноле также может представлять интерес из-за лучшей селективности вода / метанол по сравнению с существующими мембранами. Уэйнрайт, Ван и др. сообщил, что PBI, допированный фосфорной кислотойбыл использован в качестве электролита высокотемпературного топливного элемента . [25] Легированный высокотемпературный электролит топливного элемента PBI имеет несколько преимуществ. Повышенная температура увеличивает кинетическую скорость реакций топливного элемента. Это также может уменьшить проблему отравления катализатора адсорбированным монооксидом углерода и минимизировать проблемы, связанные с затоплением электродов. [23] PBI / H 3 PO 4 является проводящим даже при низкой относительной влажности и в то же время обеспечивает меньшее проникновение метанола. [26] Они способствуют PBI / H 3 PO 4превосходить некоторые традиционные полимерные электролиты, такие как Nafion . Кроме того, PBI / H 3 PO 4 сохраняет хорошую механическую прочность и ударную вязкость. [26] Его модуль на три порядка больше, чем у Нафиона . [27] Это означает, что можно использовать более тонкие пленки, что снижает омические потери.

В PBI, допированном фосфорной кислотой, группы фосфорной кислоты не связаны напрямую с основной цепью полимера. Вместо этого анион с низкой плотностью заряда иммобилизован и связан со структурой прочной сеткой водородных связей.

Замена асбеста [ править ]

Раньше только асбест мог хорошо работать в высокотемпературных перчатках для таких применений, как литейное производство, экструзия алюминия и обработка металлов. Однако были проведены испытания, которые показали, что PBI адекватно работает как заменитель асбеста. Более того, производитель защитной одежды сообщил, что перчатки, содержащие ПБИ , в два-девять раз превзошли асбест при эффективной стоимости. [28] Перчатки, содержащие волокна PBI, мягче и эластичнее, чем перчатки из асбеста , что обеспечивает рабочему большую мобильность и комфорт, даже если ткань обугливается. Кроме того, волокно PBI позволяет избежать проблем хронической токсичности, связанных с асбестом.потому что он обрабатывается на стандартном оборудовании для производства текстиля и перчаток. [29] PBI также может быть хорошей заменой асбесту в некоторых областях производства стекла.

Фильтрация дымовых газов [ править ]

Химические, термические и физические свойства PBI показывают, что он может быть многообещающим материалом в качестве фильтрующего материала дымовых газов для угольных котлов. Немногие ткани могут выжить в кислой и высокотемпературной среде, характерной для дымовых газов угольных котлов. [30] Фильтровальные мешки также должны выдерживать абразивный износ от периодической очистки для удаления скопившейся пыли. Ткань PBI обладает хорошей устойчивостью к истиранию. Устойчивость к кислотам и истиранию, а также термостойкость делают PBI конкурентом для этого применения.

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Патент на алифатический полибензимидазол" . Проверено 7 марта 2014 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  2. ^ Леонард, Нельсон. «Биографические воспоминания Карла Шиппа Марвела» (PDF) . Национальная академия наук . Проверено 13 февраля 2014 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  3. ^ "История PBI" . Архивировано из оригинала 3 марта 2016 года . Проверено 14 февраля 2014 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  4. ^ a b c Haertsch, Эмили; Мейер, Михал (2016). «Жесткий материал» . Дистилляции . 2 (2): 12–13 . Проверено 26 марта 2018 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  5. ^ Заявление Hon. Грант Л. Хансен, помощник секретаря военно-воздушных сил (исследования и разработки) , ассигнования министерства обороны на 1972 финансовый год, стр. 612.
  6. ^ Bhuiyan AL (1982). Некоторые проблемы, возникающие с механизмами разложения аддитивных полимеров (в синтезе и разложении, реологии и экструзии) . Берлин ua: Springer. ISBN 978-3-540-11774-2.
  7. ^ Ивакура, Йошио; Уно, Кейкичи; Имаи, Йошио (июнь 1964 г.). «Полифениленбензимидазолы». Журнал науки о полимерах, часть A: Общие статьи . 2 (6): 2605–2615. DOI : 10.1002 / pol.1964.100020611 .
  8. ^ Варма, ИК; Вина (апрель 1976 г.). «Влияние структуры на свойства ароматико-алифатических полибензимидазолов». Журнал науки о полимерах: издание химии полимеров . 14 (4): 973–980. Bibcode : 1976JPoSA..14..973V . DOI : 10.1002 / pol.1976.170140417 .
  9. ^ Фогель, Гервард; Marvel, CS (апрель 1961 г.). «Полибензимидазолы, новые термостойкие полимеры». Журнал науки о полимерах . 50 (154): 511–539. Bibcode : 1961JPoSc..50..511V . DOI : 10.1002 / pol.1961.1205015419 .
  10. ^ Ван Кревелен, Dirk W. (30 марта 1972). «Новые разработки в области огнестойких волокон». Angewandte Makromolekulare Chemie . 22 (1): 133–157. DOI : 10.1002 / apmc.1972.050220107 .
  11. ^ ДеМартино, RN (1 августа 1984). «Комфортные свойства полибензимидазольного волокна». Текстильный исследовательский журнал . 54 (8): 516–521. DOI : 10.1177 / 004051758405400803 . S2CID 135852154 . 
  12. Перейти ↑ Chung, Tai-Shung (1 мая 1997 г.). «Критический обзор полибензимидазолов». Полимерные обзоры . 37 (2): 277–301. DOI : 10.1080 / 15321799708018367 .
  13. ^ a b Kricheldorf, под редакцией Ханса Р. (1992). Справочник по синтезу полимеров (дерньер ред.). Нью-Йорк: Марсель Деккер. ISBN 978-0-8247-8514-7.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов ( ссылка )
  14. ^ Belohlav, Leo R. (10 декабря 1974). «Полибензимидазол». Angewandte Makromolekulare Chemie . 40 (1): 465–483. DOI : 10.1002 / apmc.1974.050400122 .
  15. ^ Киршенбаум, отредактированный Раймондом Б. Сеймуром, Джеральдом С. (1987). Высокоэффективные Полимеры: Их Происхождение и развитие Труды симпозиума по истории высокой производительности полимеров на заседании Американского химического общества в Нью - Йорке, 15-18 апреля 1986 года . Дордрехт: Springer, Нидерланды. ISBN 978-94-011-7075-8.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов ( ссылка )
  16. ^ а б Сандор, РБ (1990). «PBI (полибензимидазол): синтез, свойства и применение». Полимеры с высокими эксплуатационными характеристиками . 2 (1): 25–37. DOI : 10.1177 / 152483999000200103 . S2CID 135830459 . 
  17. ^ а б Ли, Цинфэн; Дженсен, Йенс Олуф; Савинелл, Роберт Ф .; Бьеррум, Нильс Дж. (Май 2009 г.). «Высокотемпературные протонообменные мембраны на основе полибензимидазолов для топливных элементов» (PDF) . Прогресс в науке о полимерах . 34 (5): 449–477. DOI : 10.1016 / j.progpolymsci.2008.12.003 .
  18. ^ Кумбхаркар, Южная Каролина; Ли К. (октябрь 2012 г.). «Структурно модифицированные мембраны из полых волокон из полибензимидазола с улучшенными газопроницаемыми свойствами». Журнал мембрановедения . 415–416: 793–800. DOI : 10.1016 / j.memsci.2012.05.071 .
  19. ^ Ли, Синь; Singh, Rajinder P .; Дудек, Кевин У .; Берхтольд, Кэтрин А .; Беничевич, Брайан К. (июль 2014 г.). «Влияние структуры основной цепи полибензимидазола на разделение H2 / CO2 при повышенных температурах». Журнал мембрановедения . 461 : 59–68. DOI : 10.1016 / j.memsci.2014.03.008 .
  20. ^ Керрес, Йохен А .; Син, Даньминь; Шенбергер, Франк (15 августа 2006 г.). «Сравнительное исследование новых иономерных мембран смеси PBI из нефторированных и частично фторированных эфиров полиарилена». Журнал науки о полимерах. Часть B: Физика полимеров . 44 (16): 2311–2326. Bibcode : 2006JPoSB..44.2311K . DOI : 10.1002 / polb.20862 .
  21. Перейти ↑ Ward, BC (1987). «32-я SAMPE Int. Symp» (32): 853. Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  22. Перейти ↑ Sandor, RB (1990). «PBI (полибензимидазол): синтез». Полимеры с высокими эксплуатационными характеристиками . 2 (1): 25–37. DOI : 10.1177 / 152483999000200103 . S2CID 135830459 . 
  23. ^ a b Samms, SR (1996). «Термическая стабильность протонпроводящего кислотно-допированного полибензимидазола в условиях моделирования топливных элементов». Журнал Электрохимического общества . 143 (4): 1225–1232. DOI : 10.1149 / 1.1836621 .
  24. ^ Pingitore AT, Huang F, G Цянь, Benicewicz, Британская Колумбия (февраль 2019). «Прочные м / п-полибензимидазольные мембраны с высоким содержанием полимера для электрохимических устройств с увеличенным сроком службы». ACS Applied Energy Materials . 2 (3): 1720-1726. DOI : 10.1021 / acsaem.8b01820 .
  25. ^ Уэйнрайт JS, Ван JT, Вэн D, Savinell РФ, Litt, М (июль 1995 года). «Полибензимидазолы, допированные кислотой: новый полимерный электролит». Журнал Электрохимического общества . 142 (7): L121 – L123. DOI : 10.1149 / 1.2044337 .
  26. ^ a b Чжао, под редакцией TS (2009). Микротопливные элементы: принципы и применение . Берлингтон, Массачусетс: Academic Press. ISBN 9780123747136.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов ( ссылка )
  27. Перейти ↑ Buckley, A (1988). Энциклопедия науки и техники полимеров . Нью-Йорк: Джон Вили и сыновья.
  28. ^ Гроб, DR; Серад, Джорджия; Hicks, HL; Монтгомери, RT (1 июля 1982 г.). "Свойства и применение целанезного PBI - полибензимидазольного волокна". Текстильный исследовательский журнал . 52 (7): 466–472. DOI : 10.1177 / 004051758205200706 . S2CID 137526306 . 
  29. ^ Celanese. «PBI в перчатках для защиты от высоких температур» (PDF) . Проверено 9 марта 2014 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  30. ^ Hearle, изд. автор: JWS (2004). Высокоэффективные волокна (Repr. Ed.). Бока-Ратон, Флорида [ua]: CRC Press. ISBN 978-1855735392.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов ( ссылка )

Приложение свойств [ править ]

Характеристики волокна PBI [ править ]

Химическая формула поли [2,2 '- (м-фенилен) -5,5' бибензимидазола] (PBI) считается следующей: ([NH-C = CH-C = CH-CH = CN = C-] 2 - [С = СН-С = СН-СН = СН-]) п ИЛИ (С 20 Н 4 Н 12 ) п из Молярная масса 308,336 ± 0,018  г / моль . [ необходима цитата ]

Химическая стойкость [ править ]

Химическая устойчивостьОценка
Кислоты - концентрированныеБедные
Кислоты - разбавленныеПлохо
СпиртыХорошо
ЩелочиХорошо-плохо
Ароматические углеводородыХорошо
Смазки и маслаХорошо
Галогенированные углеводородыХорошо
КетоныХорошо

Он окрашивается в темные оттенки основными красителями после предварительной обработки щелочью и устойчив к большинству химикатов.

Электрические свойства [ править ]

ЭлектрическиеХарактеристики
Диэлектрическая проницаемость при 1 МГц3,2
Диэлектрическая прочность21 кВ · мм −1
Объемное сопротивление8x10 14 Ом · см

Обладает низкой электропроводностью и низким накоплением статического электричества.

Механические свойства [ править ]

МеханическийХарактеристики
Коэффициент трения0,19-0,27
Модуль упругости при сжатии6,2 ГПа
Прочность на сжатие400 МПа
Относительное удлинение при разрыве3%
Твердость - по РоквеллуK115
Ударная вязкость по Изоду590 Дж · м −1 без надреза
Коэффициент Пуассона0,34
Модуль упругости5,9 ГПа
Предел прочности160 МПа

Обладает стойкостью к истиранию.

Физические свойства [ править ]

ФизическийХарактеристики
Символьный Выход (при пиролизе )Высокая
Плотность1,3 г / см 3
ВоспламеняемостьНе горит
Предельный кислородный индекс58%
Радиационная стойкостьХорошо
Водопоглощение - более 24 часов0,4%

Дополнительные характеристики: не воспламеняется и не тлеет (горит медленно без пламени) , устойчив к образованию плесени и старению, устойчив к искрам и сварочным брызгам.

Тепловые свойства [ править ]

ТепловойХарактеристикиОценка
Коэффициент температурного расширения23 × 10 −6 · К −1Низкий
Температура прогиба - 0,45 МПа.435 ° С (815 ° F)Высокая
Теплопроводность при 23 ° C (73 ° F)0,41 Вт · м −1 · K −1Низкий
Верхняя рабочая температура260–400 ° C (500–752 ° F)Высокая

Другие характеристики: постоянная температура: 540 ° C (1004 ° F), не плавится, а разлагается примерно при температуре: 760 ° C (1400 ° F) при пиролизе, сохраняет целостность и эластичность волокна до 540 ° C (1004 ° F) .

Внешние ссылки [ править ]

  • Полибензимидазол (PBI) - Информация о материалах
  • Резюме полибензимидазола
  • Исследование характеристик полимера PBI