1.विकास का इतिहास
पीबीओ का आविष्कार संयुक्त राज्य वायु सेना के वायुगतिकी विकास में शोधकर्ताओं द्वारा किया गया था। पॉलीबेन्ज़ोक्साज़ोल का मूल पेटेंट शुरू में संयुक्त राज्य अमेरिका में स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय में स्टैनफोर्ड रिसर्च इंस्टीट्यूट (एसआरआई) के स्वामित्व में था। बाद में, डॉव केमिकल कंपनी ने प्राधिकरण प्राप्त किया और औद्योगिक रूप से पीबीओ विकसित किया, जबकि मोनोमर की मूल संश्लेषण विधि में भी सुधार किया। नई प्रक्रिया में लगभग कोई आइसोमेरिक उप-उत्पाद उत्पन्न नहीं हुआ, जिससे संश्लेषित मोनोमर की उपज में वृद्धि हुई और औद्योगीकरण की नींव पड़ी। 1990 में, जापान की टोयोबो कंपनी लिमिटेड ने डॉव केमिकल कंपनी से पीबीओ पेटेंट तकनीक खरीदी। 1991 में, डॉव-बैडिश फाइबर्स इंक ने टोयोबो कंपनी लिमिटेड के उपकरण पर पीबीओ फाइबर विकसित किया, जिससे पीबीओ फाइबर की ताकत और मापांक पीपीटीए फाइबर की तुलना में दोगुना हो गया। 1994 में, डॉव-बैडिश फाइबर्स इंक. की अनुमति से, टोयोबो कंपनी लिमिटेड ने 400 टन पीबीओ मोनोमर्स और 180 टन स्पिनिंग के वार्षिक उत्पादन के साथ एक उत्पादन लाइन बनाने के लिए 3 बिलियन जापानी येन का निवेश किया। 1995 के वसंत में, इसका आंशिक मशीनीकृत उत्पादन शुरू हुआ और 1998 तक, वाणिज्यिक नाम ज़ाइलॉन के साथ, उत्पादन क्षमता 200 टन/वर्ष तक पहुंच गई। ज़ायलोन के लिए टोयोबो की विकास योजना के अनुसार, उत्पादन क्षमता 2000 में 380 टन/वर्ष, 2003 में 500 टन/वर्ष और 2008 में 1000 टन/वर्ष तक पहुंचने की उम्मीद थी। वर्तमान में, टोयोबो कंपनी लिमिटेड एकमात्र कंपनी बनी हुई है। दुनिया व्यावसायिक रूप से पीबीओ फाइबर का उत्पादन करने में सक्षम है।
2. पीबीओ फाइबर विकास की संभावनाएँ
हाल के वर्षों में, यूरोप, अमेरिका और जापान जैसे विकसित देशों और क्षेत्रों ने ऊंची इमारतों, बड़े पुलों और समुद्री इंजीनियरिंग के निर्माण क्षेत्रों में उच्च प्रदर्शन वाले फाइबर-प्रबलित मिश्रित सामग्रियों का व्यापक रूप से उपयोग किया है। फाइबर कपड़े को एपॉक्सी राल के साथ संसेचित करके और इसे कंक्रीट की सतह पर चिपकाकर, मूल संरचना की भार-वहन क्षमता और भूकंप प्रतिरोध में काफी सुधार किया जा सकता है। इसके अलावा, पुल निर्माण में, स्टील के तारों का उपयोग उनके अपने वजन के कारण लंबे पुलों के लिए नहीं किया जा सकता है। इसके बजाय, हल्के और मजबूत केबलों को प्राथमिकता दी जाती है। पीबीओ फाइबर से बने केबल, जिनमें उच्च शक्ति, अच्छी आयामी स्थिरता होती है, सबसे अच्छा विकल्प हैं।
पीबीओ फाइबर धीरे-धीरे गर्मी प्रतिरोधी सामग्री के क्षेत्र में पारंपरिक एस्बेस्टस सामग्री की जगह ले रहे हैं और वर्तमान में सुगंधित पॉलियामाइड जैसे लौ-मंदक फाइबर को बदलने के लिए 350 डिग्री से नीचे के अनुप्रयोगों की खोज कर रहे हैं। 350 डिग्री से ऊपर, वे स्टेनलेस स्टील या सिरेमिक फाइबर जैसे अकार्बनिक फाइबर की जगह ले रहे हैं। चूंकि अकार्बनिक फाइबर कठोर होते हैं और उन पर खरोंच लगने का खतरा होता है जो उनके प्रदर्शन को प्रभावित करते हैं, पीबीओ फाइबर में इन कमियों को दूर करने की क्षमता होती है। पहले, कार्बनिक रेशों का ताप प्रतिरोध अपर्याप्त था (ज्यादातर 400 डिग्री से नीचे), जिससे उनका अनुप्रयोग विकास सीमित हो जाता था। हालाँकि, पीबीओ फाइबर का अपघटन तापमान 650 डिग्री होता है, जो सभी कार्बनिक फाइबर में सबसे अधिक है। इसलिए, 350 डिग्री से ऊपर के अनुप्रयोगों में जहां कार्बनिक फाइबर का उपयोग करना पहले मुश्किल था, वहां कार्बनिक फाइबर को पीबीओ फाइबर से बदलना पूरी तरह से संभव है, इस प्रकार पीबीओ फाइबर गर्मी प्रतिरोधी सामग्री के अनुप्रयोग को व्यापक और विकसित किया गया है।
अंतर्राष्ट्रीय शोध से संकेत मिलता है कि पीबीओ फाइबर के अन्य क्षेत्रों में भी कई अनुप्रयोग हैं जैसे विद्युत इन्सुलेशन सामग्री, उपग्रह का पता लगाना, हल्की सामग्री, मोटर वाहन उद्योग और गहरे समुद्र में तेल क्षेत्र का विकास। हाई-स्पीड ट्रेन बॉडी में उपयोग किए जाने वाले पीबीओ फाइबर न केवल वाहन का वजन कम करते हैं बल्कि इसकी ताकत भी बढ़ाते हैं। पीबीओ फाइबर के रासायनिक प्रतिरोध का उपयोग करके, विभिन्न संक्षारण प्रतिरोधी सुरक्षात्मक कपड़े बनाए जा सकते हैं। एयरोस्पेस में, सीमित बोझ को कम करने के लिए, पीबीओ फाइबर अंतरिक्ष में उपयोग किए जाने वाले फास्टनरों और पट्टियों को बनाने के लिए उपयुक्त हैं। ब्रह्मांडीय तापमान की सीमा में -10 डिग्री से 460 डिग्री तक, इनका उपयोग गर्मी प्रतिरोधी पहचान गुब्बारों के लिए सामग्री के रूप में भी किया जा सकता है। खेल प्रतियोगिता नौकायन में, पाल मुख्य रूप से उच्च शक्ति, उच्च मापांक फाइबर से बने प्लेट जैसी पतली सामग्री से बनाए जाते हैं। जब हवा से पाल उड़ाए जाते हैं तो विरूपण को कम करने के लिए, प्रतिस्पर्धी नौकायन पाल बनाने के लिए उच्चतम मापांक पीबीओ फाइबर की तलाश की जानी चाहिए। पीबीओ फाइबर के उत्कृष्ट यांत्रिक गुणों को देखते हुए, वे गोल्फ क्लब, टेनिस रैकेट, स्की पोल, स्की बोर्ड, सर्फ़बोर्ड, तीरंदाजी बॉलस्ट्रिंग और रेसिंग साइकिल के निर्माण के लिए भी सबसे अच्छी सामग्री हैं।
प्रमुख प्रौद्योगिकी अनुसंधान और विकास तथा पीबीओ फाइबर का औद्योगीकरण चीन को विदेशी प्रौद्योगिकी के दीर्घकालिक नियंत्रण और एकाधिकार से मुक्त होने, स्वतंत्र नवाचार, उज्ज्वल संभावनाओं और घरेलू और बड़े पैमाने पर विकास के व्यापक अनुप्रयोग के मार्ग पर चलने में सक्षम बना सकता है। पीबीओ फाइबर का. यह चीन के एयरोस्पेस, राष्ट्रीय रक्षा, सैन्य और नागरिक उद्योगों में उच्च प्रदर्शन वाली पीबीओ सामग्रियों के विकास और टिकाऊ उपयोग में योगदान देगा।
3.फाइबर गुण
टोयोबो की रिपोर्ट के अनुसार, उनके उच्च-स्तरीय पीबीओ फाइबर उत्पाद की ताकत 5.8 जीपीए (जर्मनी में 5.2 जीपीए के रूप में रिपोर्ट की गई) है, 180 जीपीए का एक मापांक है, जो मौजूदा रासायनिक फाइबर में सबसे अधिक है; यह 68 के सीमित ऑक्सीजन सूचकांक के साथ 600 डिग्री तक तापमान का सामना कर सकता है, और आग की लपटों में जलता या सिकुड़ता नहीं है, किसी भी अन्य कार्बनिक फाइबर की तुलना में उच्च गर्मी प्रतिरोध और लौ मंदता प्रदर्शित करता है। इसका उपयोग मुख्य रूप से गर्मी प्रतिरोधी औद्योगिक वस्त्रों और फाइबर-प्रबलित सामग्रियों के लिए किया जाता है।
अन्य उच्च-प्रदर्शन फाइबर के साथ पीबीओ की प्रदर्शन तुलना:
जैसा कि तालिका से देखा जा सकता है, पीबीओ फाइबर बेहतर ताकत, मापांक, गर्मी प्रतिरोध और लौ मंदता प्रदर्शित करते हैं। विशेष रूप से, पीबीओ फाइबर की ताकत न केवल स्टील फाइबर से अधिक है, बल्कि कार्बन फाइबर से भी अधिक है। इसके अतिरिक्त, पीबीओ फाइबर प्रभाव प्रतिरोध, घर्षण प्रतिरोध और आयामी स्थिरता में उत्कृष्टता प्राप्त करते हैं। वे हल्के और लचीले भी होते हैं, जो उन्हें एक आदर्श कपड़ा कच्चा माल बनाते हैं।
21वीं सदी के सुपर-परफॉर्मेंस फाइबर के रूप में पीबीओ में असाधारण उत्कृष्ट भौतिक और यांत्रिक गुणों के साथ-साथ रासायनिक गुण भी हैं। इसकी ताकत और मापांक केवलर फाइबर से दोगुना है और यह मेटा-एरामिड फाइबर के थर्मल प्रतिरोध और लौ मंदता को भी साझा करता है। इसके अलावा, इसके भौतिक और रासायनिक गुण पूरी तरह से केवलर फाइबर से बेहतर प्रदर्शन करते हैं, जो अब तक उच्च प्रदर्शन वाले फाइबर के क्षेत्र में अग्रणी रहे हैं। 1 मिलीमीटर व्यास वाला एक एकल पीबीओ फिलामेंट 450 किलोग्राम वजन उठा सकता है, जो स्टील फाइबर की ताकत से दस गुना अधिक है।
4. पीबीओ फाइबर का सतही संशोधन
पीबीओ फाइबर और रेजिन मैट्रिक्स के बीच टीआईएफएसएस (इंटरफेशियल शीयर स्ट्रेंथ) की वृद्धि में सुधार होता है, लेकिन कपलिंग एजेंटों की अधिकता से कपलिंग एजेंट की मोटी क्रॉसलिंकिंग परत हो सकती है, जो बदले में टीआईएफएसएस को कम कर देती है। फाइबर सतह पर प्लाज्मा का नक़्क़ाशी प्रभाव मुख्य रूप से युग्मन एजेंट पर कार्य करता है, जो एक ग्राफ्टेड क्रॉसलिंकिंग परत के गठन को सक्षम बनाता है। यह युग्मन एजेंट परत फाइबर को कुछ सुरक्षा प्रदान करती है, इस प्रकार पीबीओ फाइबर की σ (ताकत) में गिरावट महत्वपूर्ण नहीं है।
इसका विश्लेषण किया जा सकता है कि युग्मन एजेंटों और प्लाज्मा के साथ संशोधित करने की संयुक्त प्रक्रिया के लिए इष्टतम स्थितियां हैं: ए -187 युग्मन एजेंट की सामग्री 2%, आर्गन कम तापमान वाले प्लाज्मा उपचार का समय 2 मिनट, दबाव 50Pa , और पावर 30W पर। चयनित युग्मन एजेंटों में, ए -187 का 2% की इष्टतम सामग्री के साथ, पीबीओ फाइबर और एपॉक्सी राल के बीच आईएफएसएस में सुधार करने पर सबसे अच्छा प्रभाव पड़ता है।
(1) जब ए -187 की सामग्री 2% है, और आर्गन कम तापमान वाले प्लाज्मा उपचार की स्थिति 2 मिनट, 30 डब्ल्यू और 50 पीए है, तो संशोधित पीबीओ फाइबर का ΓIFSS (इंटरफेशियल शीयर स्ट्रेंथ) 10.44 तक पहुंच सकता है। एमपीए. यह संशोधन के लिए केवल ए -187 कपलिंग एजेंट का उपयोग करने की तुलना में 52% की वृद्धि और मूल फाइबर के ΓIFSS की तुलना में 78% की वृद्धि दर्शाता है। पीबीओ फाइबर की वेटेबिलिटी में भी काफी सुधार हुआ है।
(2) युग्मन एजेंट के साथ संयुक्त आर्गन कम तापमान वाले प्लाज्मा द्वारा संशोधित पीबीओ फाइबर के लिए, समय के साथ ΓIFSS में गिरावट महत्वपूर्ण नहीं है; संपर्क कोण में वृद्धि भी पर्याप्त नहीं है, जो थोड़ी गिरावट के साथ स्थिरता की ओर प्रवृत्ति दर्शाती है। इसलिए, युग्मन एजेंट के साथ संयुक्त आर्गन कम तापमान प्लाज्मा द्वारा संशोधित पीबीओ फाइबर का क्षरण प्रभाव स्पष्ट नहीं है।
5.तैयारी
पीबीओ को एक विलायक के रूप में पॉलीफॉस्फोरिक एसिड (पीपीए) का उपयोग करके टेरेफ्थेलिक एसिड के साथ 4, 6-डायमिनोरेसोर्सिनोल हाइड्रोक्लोराइड (डीएआर·एचसीएल) के समाधान पॉलीकंडेनसेशन द्वारा तैयार किया जाता है। वैकल्पिक रूप से, इसे पॉलीकंडेंसेशन के लिए P2O5 निर्जलीकरण का उपयोग करके संश्लेषित किया जा सकता है। पीपीए पॉलीकंडेंसेशन के लिए विलायक और उत्प्रेरक दोनों के रूप में कार्य करता है।
कच्चे माल के रूप में ट्राइक्लोरोबेंजीन से शुरुआत करते हुए, मोनोमर डायमिनो रेसोरिसिनॉल के संश्लेषण को अमेरिकन डॉव केमिकल कंपनी द्वारा सफलतापूर्वक विकसित किया गया है। यह विधि संश्लेषण प्रक्रिया के दौरान आइसोमर्स की पीढ़ी से बचती है, जिससे उच्च पुनर्प्राप्ति दर प्राप्त होती है, जो पीबीओ के औद्योगिक उत्पादन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है।
पॉलिमर डोप को सूखी-गीली कताई विधि का उपयोग करके काता जाता है, इसके बाद इसे धोया जाता है और सुखाया जाता है। जब स्पिनिंग घोल को लिक्विड क्रिस्टल बनाने के लिए घोला जाता है और लिक्विड क्रिस्टल स्पिनिंग का उपयोग किया जाता है, तो यह एक विस्तारित श्रृंखला संरचना बना सकता है। प्रारंभिक स्पन फाइबर (एएस फाइबर-मानक प्रकार) में पहले से ही 3.53N/tex से अधिक की ताकत और 10.84N/tex से अधिक का लोचदार मापांक है। मापांक को बढ़ाने के लिए, ताप उपचार लगभग 600 डिग्री पर किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप एक उच्च मापांक फाइबर (एचएम फाइबर-उच्च मापांक प्रकार) होता है, जिसका मापांक समान शक्ति बनाए रखते हुए 176.4एन/टेक्स तक पहुंचता है।
6.अनुप्रयोग
पीबीओ फाइबर की विशेषता उनके उत्कृष्ट ताप प्रतिरोध, उच्च शक्ति और उच्च मापांक है, जो उन्हें व्यापक रूप से लागू बनाती है।
(1) फिलामेंट के अनुप्रयोगों में टायर, कन्वेयर बेल्ट और होसेस जैसे रबर उत्पादों के लिए मजबूत करने वाली सामग्री शामिल है; विभिन्न प्लास्टिक और कंक्रीट के लिए सुदृढ़ीकरण सामग्री; बैलिस्टिक मिसाइलों और मिश्रित सामग्रियों के लिए संवर्द्धन घटक; फाइबर ऑप्टिक केबल के लिए तनाव सदस्य और सुरक्षात्मक फिल्में; इलेक्ट्रिक हीटिंग तारों, हेडफोन केबल और अन्य लचीले तारों के लिए मजबूत फाइबर; रस्सियों और केबलों के लिए उच्च तन्यता वाली सामग्री; उच्च तापमान निस्पंदन के लिए गर्मी प्रतिरोधी फिल्टर सामग्री; मिसाइलों और गोलियों के लिए सुरक्षात्मक उपकरण, बुलेटप्रूफ जैकेट, बुलेटप्रूफ हेलमेट और उच्च प्रदर्शन वाले उड़ान सूट; टेनिस, स्पीडबोट, रेसिंग बोट आदि के लिए खेल उपकरण; उच्च श्रेणी के स्पीकर डायाफ्राम, नवीन संचार सामग्री; एयरोस्पेस सामग्री, आदि
(2) कटे हुए रेशों और गूदे के अनुप्रयोगों में घर्षण सामग्री और सीलिंग गैसकेट के लिए मजबूत करने वाले रेशे शामिल हैं; विभिन्न रेजिन और प्लास्टिक आदि के लिए वृद्धि सामग्री।
(3) सूत के अनुप्रयोगों में अग्निशमन कपड़े शामिल हैं; फर्नेस फ्रंट और वेल्डिंग संचालन के लिए गर्मी प्रतिरोधी वर्कवियर; कट प्रतिरोध के लिए सुरक्षात्मक कपड़े, सुरक्षा दस्ताने और सुरक्षा जूते; रेस कार ड्राइवर सूट, जॉकी सूट; विभिन्न खेलों के परिधान और सक्रिय खेल उपकरण; कैरेस पायलट सूट; कटौती रोधी उपकरण, आदि
(4) छोटे फाइबर के अनुप्रयोग मुख्य रूप से एल्यूमीनियम एक्सट्रूज़न प्रसंस्करण में उपयोग किए जाने वाले गर्मी प्रतिरोधी बफर पैड के लिए होते हैं; उच्च तापमान निस्पंदन के लिए गर्मी प्रतिरोधी फिल्टर सामग्री; थर्मल सुरक्षा बेल्ट, आदि।