Polybenzimidazol oder kurz PBI ist ein Material, das in hoher Temperaturumgebungen extrem gut abschneidet und als "Hardcore-Spieler" von hochtemperaturbeständigen Materialien angesehen werden kann.
Die Hochtemperaturleistung von PBI ist sehr beeindruckend.
Seine Glasübergangstemperatur beträgt bis zu 427 ° und seine thermische Zersetzungstemperatur beträgt mehr als 600 °. Dies bedeutet, dass die meisten Materialien begonnen haben, die Hochtemperaturumgebung zu verformen oder sogar zu zersetzen, PBI ist immer noch in der Lage, eine stabile Struktur und Leistung aufrechtzuerhalten.
Im Gegensatz dazu wird die normale technische Kunststoffe in etwa 200 ° C schwierig sein, die Leistung aufrechtzuerhalten, während die langfristige Verwendung der Temperatur von PBI 371 ° C erreichen kann, und die kurzfristige Arbeitstemperatur kann sogar 500 ° C erreichen.
Die Leistung stammt hauptsächlich aus der einzigartigen molekularen Struktur von PBI.
Die Hauptkette des Moleküls besteht aus abwechselnden Benzol- und Imidazolringen, und diese Struktur verleiht PBI eine sehr hohe thermische und chemische Stabilität.
Die Starrheit des Benzolrings erschwert es der molekularen Kette, bei hohen Temperaturen zu drehen und zu brechen, während der Imidazolring einen guten Widerstand gegen Oxidation bietet, und die beiden Arbeiten mit Tandem, um PBI in Hochtemperaturumgebungen gut abzubauen.
In der Geschichte menschlicher Materialien sind Materialien, die extrem hohen Temperaturen und komplexen chemischen Umgebungen standhalten können, in High-End-Feldern immer gefragt.
Polybenzimidazol (kurz PBI) ist ein typischer Repräsentant für diese Art von Material-eine kurzfristige Arbeit bei 500 ℃, 371 ℃ unter langfristig stabilem Betrieb von technischen Kunststoffen.
Gewöhnliche Kunststoffe mit etwa 200 ° C werden weicher, Verformungen, Verlust der ursprünglichen Leistung und die Fähigkeit von PBI, weit mehr als dieses Niveau standzuhalten.
Seine Glasübergangstemperatur erreicht 427 ° C und seine thermische Zersetzungstemperatur beträgt mehr als 600 ° C. Diese beiden Schlüsselindikatoren bestimmen direkt die Verfügbarkeit in Hochtemperaturszenarien.
Die Wurzel dieses Merkmals ist in seiner molekularen Struktur versteckt: Die molekulare Kette besteht aus wechselnden Benzol- und Imidazolringen, und die extrem starre Ringstruktur erschwert es Molekülen, sich bei hohen Temperaturen zu bewegen, wodurch die Gesamtstabilität des Materials aufrechterhalten wird.
Mit diesem Temperaturwiderstand ist PBI seit langem ein "Schlüsselspieler" im Bereich der Luft- und Raumfahrt.
Space Shuttle Durch die Atmosphäre erzeugt die Oberfläche aufgrund von Reibung Tausende von Grad Celsius. Raketenmotorarbeit, die Temperatur um die Brennkammer ist extrem hoch. PBI wird als Wärmekissen verwendet, um die Wärmeübertragung zu isolieren, um die Sicherheit anderer Komponenten zu gewährleisten.
Die Anwendung von PBI ist jedoch nicht auf das Luft- und Raumfahrtfeld beschränkt.
In den letzten Jahren haben sich die Forscher mit der Entwicklung neuer Energietechnologien wie All-Vanadium-Flüssigkeitsstrom-Batterien auf die Modifikation der PBI-Forschung konzentriert-einheimische PBI gehört zu einem schwach alkalischen Polymer, die Protonenleitfähigkeit ist niedrig und kann nicht direkt als Batteriemagnratmagemie-Zulassung verwendet werden, und das Durchmesser. Protonen, um die Kernkomponenten zu durchlaufen. Das Zwerchfell ist die Kernkomponente der Flüssigkeitsstrombatterie des All-Vanadiums, die den Elektrolyten von der Kathode und der negativen Elektrode trennt und die Protonen durchlaufen lassen.
Um dieses Problem zu lösen, wird die Änderung zum Schlüssel.
Derzeit umfassen die Modifikationsmethoden der PBI -Membran hauptsächlich Mischmodifikation, direkte Polycondensationsmodifikation und Sulfonationsmodifikation.
Unter ihnen ist die Mischmodifikation aufgrund des einfachen Betriebs, des breiten Bereichs optionaler Materialien und relativ geringen Kosten zu einer weit verbreiteten Methode geworden.
Da die Phosphorsäur-Dotierungsmodifikationsmethode berichtet wurde, hat die modifizierte PBI-Protonenaustauschmembran aufgrund der Vorteile der hohen Temperaturwiderstand (Langzeitverbrauchstemperatur (Langzeitverbrauchstemperatur), chemische Stabilität und hohe mechanische Stärke (langfristige Anwendungstemperatur), die modifizierte PBI-Protonenaustausch-Membran berichtet, auf dem Gebiet der All-Vanadium-Flüssigkeitsströmungsbatterie aufmerksam gemacht.
Natürlich hat PBI auch offensichtliche Mängel-die Produktionskosten sind extrem hoch, wodurch es nur in Luft- und Raumfahrt, hochwertige Energie und anderen anspruchsvollen Leistungsanforderungen, weniger kostengünstigen Gebieten verwendet werden kann.
Es ist jedoch unbestreitbar, dass die Existenz von PBI von der "Feueranzug" des Space Shuttle bis zum neuen "Schlüsselmembran" der neuen Energiebatterie in extremen Umgebungen die Grenze der Anwendungen des menschlichen Materials überschreitet.
Was sind die Anwendungen von PBI in High-End-Feldern?
(i) Luft- und Raumfahrt "Feueranzug"
PBI hat sehr wichtige Anwendungen im Bereich der Luft- und Raumfahrt. Wenn Raumschiffe im Weltraum mit hoher Geschwindigkeit fliegen, stehen sie extremen äußeren Umgebungen aus. Wenn das Raumschiff beispielsweise aufgrund der intensiven Reibung mit der Atmosphäre in die Atmosphäre eintritt, steigt die Oberflächentemperatur stark an.
In diesem Fall ist der Wärmeschild aus PBI wie ein "feuerfestem Schicht", der die äußere hohe Temperatur wirksam blockieren und die Präzisionsinstrumente im Raumfahrzeug und die Sicherheit der Astronauten schützen kann.
Darüber hinaus wird PBI als hitzebeständige Liner für Raketenmotor-Düsen verwendet. Wenn der Raketenmotor funktioniert, ist die Innentemperatur extrem hoch und der Druck ist riesig. Der PBI -Wärmekreis kann dieser hohen Temperatur- und Hochdruckumgebung standhalten, wodurch verhindert wird, dass die Wärme in andere Teile des Motors übertragen wird und den stabilen Betrieb des Motors sicherstellt. Es kann gesagt werden, dass PBI die Rolle von "Guardian" im Bereich der Luft- und Raumfahrt spielt.
(ii) das "Super Herz" des Energiesektors
Im Energiefeld spielt PBI auch eine unersetzliche Rolle. Insbesondere in den Brennstoffzellen, flüssigen Flussbatterien und der Elektrolyse von Wasser zu Wasserstoff und anderen modernsten Technologien ist die Anwendung der PBI-Protonenaustauschmembran von entscheidender Bedeutung.
Die PBI -Protonenaustauschmembran kann stabil bei einer hohen Temperatur von 120 ℃ bis 180 ° C betrieben werden, und gleichzeitig kann sie auch hohen Konzentration an Kohlenmonoxid standhalten. Dadurch kann die Brennstoffzelle unter komplizierten Arbeitsbedingungen immer noch effizient und stabil ausgießen, genau wie die Ausrüstung der Brennstoffzelle mit einem "Superherz".
Trotz aller Vorteile von PBI hat es auch einige Mängel.
Erstens sind die Rohstoffe von PBI toxisch, was eine große Herausforderung für den Produktionsprozess darstellt. Während des Produktionsprozesses müssen strenge Sicherheitsmaßnahmen ergriffen werden, um die Gesundheit der Betreiber und die Sicherheit des Produktionsumfelds sicherzustellen.
Zweitens ist PBI relativ teuer, was seine Anwendung in einigen Kostensensitiven einschränkt. Darüber hinaus ist PBI auch schwieriger zu verarbeiten, was den Schwellenwert für seine Verwendung weiter erhöht.
Wissenschaftler haben kontinuierlich Forschungen zu PBI durchgeführt und arbeiten daran, ihre Leistung zu verbessern und ihre Kosten auf verschiedene Mittel wie Monomermodifikation und Polymer -Rückgrat -Modifikation zu senken.
Durch die Einführung verschiedener funktioneller Gruppen in das PBI -Monomer können seine Löslichkeits- und Verarbeitungseigenschaften verbessert werden. Und durch Copolymerisierung oder Mischen mit anderen Hochleistungspolymeren können Verbundwerkstoffe mit noch besserer Leistung erstellt werden, wodurch die Mängel von PBI in bestimmten Aspekten ausgeht.
Leistungsvergleich von Hochtemperaturkunststoffen
| Eigenschaften/Materialien | PBI | PI | TPI | SPÄHEN |
| Schmelzpunkt （℃） | Keine (Thermosettierung) | Keine (Thermosettierung) | Über 380 | Ungefähr 343 |
| Wärmeablenkungstemperatur （℃） | Überschreitet 435, überschreitet kurz 500 | Überschreitet 340 | Überschreitet 250 | Überschreitet 260, faserverstärkt über 300 mehr als 300 |
| Glasübergangstemperatur | 427 | 300-400 | 245 | 143 |
| Temperaturtemperatur thermische Zersetzung | 600+ | 500 | 600 | 500 |
| Zugfestigkeit/MPA | 174 | 116 | 100 | 95 |
| Zugmodul/GPA | | Unter 250 ° C. | 5.9 | 3-4 | 3-4 | 4 |
| Biegerstärke/MPA | 227 | 176 | 118 | 150 |
| Druckfestigkeit/MPA | 410 | 148 | 170 | 118 |
| Harzlänger in der Pause | 0,264 | 0,32 | 8,2%-57% | 0,3 |
| Dielektrizitätskonstante | 3.3 | 3.2 | 2.61 | 3.5 |
