Desarrollo
En 1961, polibencimidazol fue desarrollado por H. Vogel y CS Marvel con la anticipación que los polímeros tendrían estabilidad térmica y oxidativa excepcional.
Posteriormente, en 1963, la NASA y el Laboratorio de Materiales de la Fuerza Aérea patrocinados considerable trabajo con polybenimidazole para aplicaciones aeroespaciales y de defensa como una fibra textil no inflamable y térmicamente estable.
En 1969, el polibencimidazol seleccionado fuerza aérea de Estados Unidos (PBI) por su desempeño de protección térmica superior después de un incendio a bordo de 1967 la nave espacial Apolo 1 murieron tres astronautas.
En la década de 1970, la NASA continuó utilizando PBI como parte de la ropa de los astronautas de Apolo, Skylab y numerosos vuelos del transbordador espacial.
Cuando el laboratorio del cielo cayeron sobre la tierra, la parte que sobrevivió el reingreso se revistió en PBI y por lo tanto no se consumía.
1980 - PBI fue introducido en el servicio de bomberos, ya través del Proyecto Fires se desarrolló una carcasa exterior de equipo de protección. Tejido PBI Gold® nació, que consiste en 40% de PBI / 60% de para-aramida. Anterior a esto, se utilizaron combinaciones de Nomex, cuero y materiales de Kevlar en los EE.UU..
Cuero y artes de fuego de goma dejaron áreas "vitales" expuestos.
Engranajes PBI es un traje completo y parece un juego de la nieve (pantalones de la liga), con un abrigo de invierno.
1983 - Una planta de producción único va en línea y fibras de PBI esté disponible comercialmente.
Fibras de corte corto 1990 de PBI se introducen para su uso en sistemas de frenos de automóviles. Fibras discontinuas PBI entra en el mercado de aviones para el fuego asiento bloqueando capas.
1992 telas ligeras de PBI se desarrollan para ropa de trabajo resistente a las llamas para aplicaciones de servicios públicos y petroquímica eléctricos.
1.994 tejido PBI Gold está diseñado en negro y se especifica mediante FDNY.
2001 - Después de los ataques terroristas del 11 de septiembre, muchos de los 343 bomberos que murieron eran únicamente identificables por su PBI La participación Gear.
2003 PBI Matrix® se comercializó y se presentó como el PBI de próxima generación para equipo de protección bombero.
Características
La fibra estable de PBI (polibenzimidazol) es una fibra orgánica que confiere estabilidad térmica a una amplia gama de aplicaciones ante temperaturas elevadas. La fibra de PBI no arde en el aire, no se funde ni gotea, y conservará su resistencia y flexibilidad tras ser expuesta a las llamas.
Cuando se utiliza como base en numerosas mezclas de materiales resistentes a las llamas, la fibra PBI potencia el rendimiento combinando la protección térmica muy destacada con elevado nivel de confort y durabilidad.
- No arde, no se funde y no actúa como combustible de las llamas;
- Temperatura de descomposición ≥ 704° C
- Baja transferencia de calor
- Alta flexibilidad
- Baja tenacidad
- No genera humo o genera humo escaso
- Excelente resistencia química
Antes de la década de 1980, las principales aplicaciones del PBI son para bloqueo de fuego, prendas de protección térmica y de las membranas de ósmosis inversa. Sus aplicaciones se hicieron varios por la década de 1990 con el hecho de que se desarrollaron las piezas moldeadas de PBI y membranas microporosas.
Las propiedades tales como estabilidad térmica, resistente a la llama, y la recuperación de humedad de PBI y su carácter de procesamiento textil convencional permiten que sea procesado en un equipo convencional textil de fibras cortadas. Estos caracteres conducen a una de las aplicaciones más importantes de PBI es para la ropa de protección. Filamentos de PBI fueron fabricados en equipo de protección como el engranaje de los bomberos, astronautas trajes. Filamentos de PBI se seca hilar de dimetilacetamida que contiene cloruro de litio. Después de lavar y secar el hilo resultante es de color marrón dorado.
Ahora las fibras usadas en el equipo de protección es poli (2,2'-m-fenileno-5,5'-bibencimidazol) que utilizan tetraaminobipheny como monómero para una mejor propiedad de resistencia termo
Fibra PBI es un excelente candidato para aplicaciones en entornos severos debido a su combinación de propiedades textiles térmica, química y. Llama y resistencia térmica son las propiedades críticas de las prendas de protección. Este tipo de usos de la ropa incluye ropa de bombero de protección, trajes de astronauta, el engranaje accidente rescatado aluminizado, ropa del trabajador industrial, y los trajes para las carreras de los conductores de automóviles.
Hoy en día la mayor parte de equipo de protección de bombero están hechos con fibra de PBI
El problema de las prendas de protección PBI es que mantiene calor fuera sino que también mantiene el calor en, también. Por lo tanto, en el momento en que los bomberos sienten el calor y el dolor, es demasiado tarde y que conseguirá quemados o muertos, ya que es difícil que el calor penetre el traje y se libera en el aire. Todavía hay algunos departamentos principales de fuego aún no han pasado de artes de fuego vieja a PBI debido al miedo a lo que puede causar PBI. Un ejemplo es el Departamento de Bomberos de Chicago, que todavía se basa en el viejo tipo de capas de goma o de cuero.
PBI se ha utilizado como las membranas de separación para diversos fines. Tradicionalmente, PBI se utilizó membranas semi-permeables para electrodiálisis, ósmosis inversa o ultrafiltración. Recientemente PBI también se utiliza para separaciones de gas. Debido a su estrecha empaque en cadena desde PBI tiene estructura de rigidez y fuerte enlace de hidrógeno. Membranas de PBI son densas, con muy baja permeability. To gas se protón conductora, PBI generalmente se dopa con ácido. El mayor nivel de dopaje el ácido, el PBI más conductor es. Pero un problema que se plantea es la resistencia mecánica de PBI disminuye al mismo tiempo. El nivel óptimo de dopaje es, pues, un compromiso entre estos dos efectos. Por lo tanto, múltiples métodos como la reticulación iónica, el entrecruzamiento covlant y membranas compuestas han sido investigados para optimizar el nivel de dopaje en la que PBI tiene una conductividad mejorada sin sacrificar la resistencia mecánica. Kerres han sintetizado recientemente recientemente sulfonados polímero de cadena principal arileno parcialmente fluorado et al.. Sus membranas mezcla con PBI demuestran alto nivel niveles de ácido-doping con estabilidad térmica y extendida, conductividades altas de protones, hinchazón menos ácido, resistencia mecánica razonable.
Fluorados polímeros sulfonados utilizados para la preparación de membranas de mezcla ácido-base con PB. Las membranas de mezcla con PBI tienen una excelente estabilidad térmica y extendida
Resina PBI se moldea a través de un proceso de sinterización que fue desarrollado conjuntamente por Hoechst Celanese (Carolina del Norte, EE.UU.) y Alpha Precision Plastics, Inc. (Houston, Texas, EE.UU.). [21] resina moldeada PBI es un excelente candidato para alta resistencia, material de bajo peso. Puesto que tiene la más alta resistencia a la compresión, 58 ksi, de cualquier, resina sin relleno disponible y otras propiedades mecánicas tales como resistencia a la tracción de 23 ksi, una resistencia a la flexión de 32 ksi, un modo de fallo dúctil a la compresión y la relativamente baja densidad de 1,3 g /cm3. Por otra parte, sus propiedades térmicas y eléctricas también hacen que sea una resina termoplástica bien conocida. La resina PBI comprende una unidad estructural recurrente representada por la figura siguiente.
La unidad estructural recurrente para resina PBI
De acuerdo con el Grupo de Investigación de Materiales Compuestos de la Universidad de Wyoming, piezas de resina de PBI mantienen propiedades de tracción significativas y resistencia a la compresión a 700 ° F (371 ° C). Partes de resina de PBI también son materiales potenciales para las industrias de proceso químico y recuperación de petróleo que tienen exigencias de estabilidad térmica y resistencia química. En estas áreas, resina PBI ha sido aplicado con éxito en exigir el sellado, por ejemplo, asientos de válvulas, frenar sellos, sellos hidráulicos y los anillos de respaldo. En la industria aeroespacial, resina PBI tiene una alta resistencia y ventajas de resistencia a altas temperaturas de corto plazo. En el sector industrial, PBI resina de alta estabilidad dimensional así como la retención de las propiedades eléctricas a alta temperatura hacen que sea usado como un aislante térmico y eléctrico.
- Electrolito de células de combustible
Polibencimidazol es capaz de ser complejado por ácidos fuertes debido a su carácter básico. La complejación por el ácido fosfórico hace que sea un material conductor de protones. Esto hace que la posible aplicación a las pilas de combustible de alta temperatura. Prueba de funcionamiento de la célula muestran una buena estabilidad en el rendimiento de 200 h funciona a 150 grados. Aplicación en células de combustible de metanol directo puede ser también de interés debido a una mejor selectividad agua / metanol en comparación con las membranas existentes. Wainright, Wang et al. informó de que PBI dopado ácido withphosphoric se utilizó como un electrolito de la celda de combustible de alta temperatura. El electrolito de la celda de combustible de alta temperatura PBI dopado tiene varias ventajas. La temperatura evevated aumenta las tasas de cinéticas de las reacciones de células de combustible. También puede reducir el problema de la envenenamiento del catalizador por monóxido de carbono adsorbido y que minimiza los problemas debido al electrodo inundaciones. PBI / H3PO4 es conductor incluso en baja humedad relativa y permite menos de cruce del metanol al mismo tiempo. Estos contribuyen PBI / H3PO4 sea superior a algunos electrolitos polímeros tradicionales como Nafion. Además, PBI / H3PO4 mantiene una buena resistencia mecánica y tenacidad. Su módulo es de tres orden de magnitud mayor que la de Nafion. Esto significa que las películas más delgadas se pueden utilizar, reduciendo así la pérdida óhmica.
En ácido fosfórico dopado PBI, los grupos de ácido fosfórico no están unidos directamente a la cadena principal del polímero. En lugar de ello, el anión de baja densidad de carga se inmoviliza y ligado a la estructura por una fuerte red de enlaces de hidrógeno.
Anteriormente, sólo amianto así puede realizar en los guantes de temperatura, tales como para fundiciones, extrusión de aluminio, y tratamiento de metales, mientras que se han desarrollado ensayos de PBI y mostrar adecuadamente funciones como el amianto. Por otra parte, un fabricante de ropa de seguridad informó que los guantes que contienen amianto PBI sobrevivieron dos a nueve veces con un costo efectivo. Los guantes que contienen fibras de PBI son más suaves y más flexibles que las de amianto, la oferta, el trabajador mayor movilidad y comodidad incluso si la tela se convierte carbonizado. Además, la fibra PBI evita los problemas de toxicidad crónica asociados con el amianto, ya que los procesos en la materia textil estándar y equipo guante fabricación. PBI también puede ser un buen sustituto para el asbesto en varias áreas de la fabricación de vidrio.
- La filtración de gases de combustión
Química de PBI, propiedades térmicas y físicas demostrar que puede ser un material prometedor como un tejido de filtro de gas de combustión para calderas de carbón. Pocas telas pueden sobrevivir en el ambiente ácido y la temperatura alta encontrado en el carbón dispararon gases de combustión de la caldera. Bolsas [32] El filtro también deben ser capaces de soportar la abrasión de la limpieza periódica para eliminar el polvo acumulado. Tejido PBI tiene una buena propiedad de resistencia a la abrasión. La resistencia a los ácidos y a la abrasión y propiedades de estabilidad térmica hacen PBI un competidor para esta aplicación.
Identificacion de la fibra
Resistencia química
|
Grado
|
Ácidos - concentrados
|
Pobre
|
-Diluir los ácidos
|
Feria-pobres
|
Alcoholes
|
Buena
|
Álcalis
|
Bueno pobres
|
Hidrocarburos aromáticos
|
Buena
|
Grasas y aceites
|
Buena
|
Hidrocarburos halogenados
|
Buena
|
Cetonas
|
Buena
|
Es Teñible de tonos oscuros con los tintes básicos siguiendo
pretratamiento cáustico y resistente a la mayoría de sustancias químicas.
Eléctrica
|
Propiedades
|
Constante dieléctrica @ 1 MHz
|
3.2
|
Rigidez dieléctrica
|
21 kV·mm−1
|
Resistividad de volumen
|
Ω·cm 8 x 1014
|
Baja conductividad eléctrica y la acumulación de electricidad estática
baja.
Mecánica
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Propiedades
|
Coeficiente de fricción
|
0,27 0,19
|
Módulo de compresión
|
6.2 promedio de
|
Resistencia a la compresión
|
400 MPa
|
Alargamiento en la rotura
|
3%
|
Dureza - Rockwell
|
K115
|
Resistencia al impacto IZOD
|
590 J·m−1
|
Cociente de Poisson
|
0.34
|
Módulo de resistencia a la tracción
|
5.9 GPa
|
Resistencia a la tracción
|
160 MPa
|
Resistencia a la abrasión características.
Física
|
Propiedades
|
Rendimiento de Char (bajo pirólisis)
|
Alta
|
Densidad
|
1,3 g/cm³
|
Inflamabilidad
|
No se quema
|
Índice de oxígeno limitante
|
58%
|
Resistencia a la radiación
|
Buena
|
Absorción de agua - más de 24 horas
|
0.4%
|
Características adicionales: no encender ni smolder (quemar lentamente
sin llama), moho y edad-resistente, resistente a las chispas y salpicaduras de
soldadura.
Termal
|
Propiedades
|
Grado
|
Coeficiente de expansión térmica
|
23 × 10−6· K−1
|
Bajo
|
Temperatura de deflección - 0.45 MPa
|
435 ° C. (815)
|
Alta
|
Conductividad térmica @ 23 ° C (73 ° F)
|
0,41 W·m−1· K−1
|
Bajo
|
Temperatura de trabajo superior
|
260-400 ° C (500 – 752 ° F)
|
Alta
|
