Расширенное руководство по полимерам. Свойства реактопластов. PF и PBI

Следующий материал, который мы будем рассматривать в этой части, называется полибензимидазол (сокращается, как PBI). Полибензимидазолы представляют собой класс чрезвычайно термостойких гетероциклических термопластов. Их получают из ароматического тетраамина и ароматической дикарбоновой кислоты или ее производных. Ярким примером является реакция конденсации дифенилизофталата и тетрааминобифенила при температуре +270 °C с последующей циклизацией при температурах между +350 и +400 °C в инертной атмосфере. PBI также может быть получен в одностадийном процессе; в этом случае изофталевая кислота реагирует с тетрааминобифенилом при температуре более +340 °C и в присутствии подходящего катализатора. Полибензимидазолы и их производные очень дороги и сложны в изготовлении, но обладают выдающимися свойствами. Фактически, PBI является одним из самых эффективных технических пластиков на рынке и предлагает одну из самых высоких термостойкостей и рабочих температур среди любых незаполненных термопластов.

Он имеет очень высокую температуру стеклования около +425 °C (+800 °F) и не имеет точки плавления, а его температура теплового отклонения при 264 фунт / кв.дюйм (1,8 МПа) составляет около +435 °C (+815 °F). Он также обладает выдающейся термостабильностью и химической стойкостью, включая спирты, углеводороды, хлорированные растворители, сероводород, слабые кислоты и основания и многие другие химические вещества. Температура его термического разложения (температурной деградации, при которой свойства материала меняются необратимо) составляет более +500 °C (1300 °F). Полибензимидазолы имеют очень низкий уровень ионных примесей и не выделяют газ. Эти характеристики делают их идеально подходящими для применения в полупроводниках (в вакуумных камерах). PBI также являются отличными теплоизоляторами и обладают исключительной износостойкостью. Их чрезвычайная твердость затрудняет их обработку. В большинстве случаев рекомендуются алмазные инструменты.

Основным недостатком PBI является их чувствительность к надрезам. По этой причине следует избегать острых краев и углов, а все поверхности должны быть гладкими. Продукты из полибензимидазолов (PBI) производятся под торговым названием Celazole. Стандартные формы включают волокна, листы, стержни и трубки. Полибензимидазолы известны своей высокой прочностью и высокой температурной стойкостью. Они находят применение во многих областях промышленности, включая полупроводниковую, нефтехимическую и аэрокосмическую отрасли. Основные области применения включают термостойкую одежду, контактные уплотнения, подложки, мембраны для различных процессов разделения, изолирующие втулки и термоизоляторы. Также элементы из полибензимидазолов применяются и в специальных трубопроводах, где нужно обеспечить высокую термическую и химическую стойкость.

По данным наших американских коллег PBI показывают на испытаниях TGA, что их температуры теплового пробоя достигают + 600 °C (+1110 °F) в азоте, но их тепловое сопротивление снижается до примерно +300 °C (+572 °F) на воздухе. Большинство из них нерастворимы во всех растворителях, кроме некоторых экзотических, и демонстрируют отличную устойчивость к маслам, кислотам и щелочам. Они показывают полезные свойства напряжения и модуля в температурном диапазоне от -253 до + 650 °C (от -389 до 1220 °F) в течение, по крайней мере, коротких периодов времени. Некоторые полибензимидазолы являются более растворимыми и плавкими, чем другие марки. Эти пластмассы обладают высокими механическими и физическими прочностными свойствами, в том числе высокой прочностью на сжатие.

PBI может выдерживать нагрузки в течение коротких периодов при температуре до +650 °C (+1220 °F). Они имеют низкий коэффициент как трения, так и теплового расширения. Интересно также, что полибензимидазолы не имеют известной температуры плавления. Их температура стеклования (Tg) составляет +427 °C (+800 °F). Они имеют сверхвысокие температуры тепловой деформации +435 °C (+815 °F), задерживают пламя (являются огнестойкими и самозатухающими) и не сгорают на воздухе. Материал может выдерживать устойчивые температуры до +427 °C (+800 °F) и короткие перепады температуры до +760 °C (+1400 °F). Материал противостоит пару при температуре +343 °C (+650 °F) и 15 МПа (2,2 тыс. фунтов на квадратный дюйм). При воздействии насыщенного пара PBI поглощает только 0,4% влаги. Он противостоит широкому спектру химических веществ, в том числе агрессивных.

Полибензимидазолы изготавливаются путем спекания под высоким давлением. PBI с низким молекулярным весом обрабатываются лучше, чем их высокомолекулярный (HMW) аналог. Тем не менее, высокомолекулярный полибензимидазол получается более плотным, что делает его более подходящим для формования крупных изделий. Они обычно меняют свои свойства после отверждения и должны быть превращены в виде форполимеров в полезные формы до окончательного отверждения. Фенол также усложняет изготовление побочных продуктов, выделяющихся во время обработки. В целом можно сказать, что полибензимидазол является одним из самых термостойких инженерных пластиков, обладающих, к тому же, высочайшей химической стойкостью. Единственный недостаток материала — невысокая устойчивость к некоторым механическим воздействиям (например, порезам), однако эта проблема может быть решена наличием соответствующей защиты. Также полибензимидазол — материал достаточно дорогой, но это с лихвой компенсируется его выдающимся сочетанием физико-химических свойств. В следующей части рассмотрим такие материалы, как полибензобизоксазол, полибутадиен, полидициклопентадиен и некоторые другие, а затем перейдём к рассмотрению группы полиэфиров.