PBI 和吸濕 - 基本原理:PBI 的吸水率與當(dāng)時的水分壓(即相對濕度百分比)成正比,其平衡飽和度隨相對濕度百分比的變化而變化,符合亨利定律。相對濕度為 30% 時,平衡飽和度約為 4.5%;相對濕度為 50% 時,平衡飽和度約為 7%。在 80%R.H. 及以上時,平衡飽和度達(dá)到較大值 11.7%。吸附能力不受溫度影響,除非溫度影響到相對濕度的百分比。在許多情況下,如果管理得當(dāng),這些不良影響是可以消除或減輕的。本指南就是為此目的而設(shè)計的。研究人員還應(yīng)考慮采用化學(xué)交聯(lián)步驟,以同時提高混合膜的 H2 滲透性和選擇性,尤其是在高溫條件下。PBI 塑料在石油化工管道中應(yīng)用,可抵抗腐蝕和高溫,保障管道安全。上海PBI航空卡扣廠商
水的吸附速度受限于水向 PBI 部分的擴(kuò)散速度。由于擴(kuò)散速度受聚合物中水濃度梯度的驅(qū)動,因此可以觀察到費(fèi)克擴(kuò)散。這種擴(kuò)散速率是暴露時間平方根的線性函數(shù),由溫度、% R.H. 和部件幾何形狀決定。由于該速率是暴露時間平方根的函數(shù),因此吸水速率開始時很快,但隨著時間的推移會逐漸減慢。幾何形狀會隨著擴(kuò)散距離的變化而影響吸水率。通過裸露的大平面的擴(kuò)散是主要的,而通過裸露的邊緣的擴(kuò)散是較小的。因此,在其他條件相同的情況下,薄膜和薄壁形狀比大塊的三維形狀更容易達(dá)到平衡濃度。上海PBI高耐磨軸套制造商PBI塑料是現(xiàn)有工程塑料中強(qiáng)度較高的產(chǎn)品。
聚苯并咪唑 (PBI) 屬于酰亞胺化高性能聚合物,具有優(yōu)異的耐熱性和耐化學(xué)性以及良好的機(jī)械和摩擦學(xué)性能。其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 (Tg) 約為 427℃,降解開始于約 600℃。優(yōu)異的性能使 PBI 成為摩擦磨損系統(tǒng)的材料,但在公開的信息中只能找到少數(shù)參考資料。在這里,摩擦學(xué)特性主要使用塊狀 PBI 樣品和 PBI 與其他高溫?zé)崴苄运芰希ㄈ?PEEK)的混合物進(jìn)行。由于塊狀 PBI 的成本非常高,因此以薄涂層的形式使用它更有意義,但直到較近才開發(fā)出溶解 PBI 并將其應(yīng)用于這種薄層配置的新技術(shù)。因此,本文主要研究創(chuàng)新型 PBI 涂層的摩擦學(xué),尤其關(guān)注這些涂層如何粘附在基材表面,以及在滑動和磨料磨損條件下可實(shí)現(xiàn)哪些性能。
PBI 衍生物:眾所周知,對聚合物骨架進(jìn)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)改性,既可限制鏈的堆積,又可抑制鏈的流動性,從而提高滲透性,同時保持或提高氣體分離膜的選擇性。圖 5 描述了 PBI 的一般結(jié)構(gòu),其中 R1 可以是直接鍵、砜、醚或任何其他連接鍵。R2 可以是烷基或芳基官能團(tuán);R3 通常只是氫,也可用于 PBI 交聯(lián)。要改變 PBI 的骨架結(jié)構(gòu),進(jìn)而改變其氣體傳輸特性,較簡單的方法可能是操縱二羧酸(圖 5,R2;圖 4,R)。值得注意的是,目前市場上只有的一種聚苯并咪唑是聚 2,2′-(間苯二酚)-5,5′-聯(lián)苯并咪唑,又稱間苯并咪唑(m-PBI)。在水下探測設(shè)備中,PBI 塑料憑借其防水性和強(qiáng)度,保障設(shè)備正常工作。
交聯(lián):通過增強(qiáng)鏈剛度和減少自由體積,交聯(lián)可以改變聚合物的納米結(jié)構(gòu),提高其尺寸吸收能力,而不會明顯影響 H2 的滲透性,尤其是在高溫條件下。在溫和條件下將 m-PBI 薄膜浸泡在對苯二甲酰氯溶液中不同時間,以獲得不同程度的交聯(lián),從而開發(fā)出多種交聯(lián)膜(圖 9a)。在略微降低 H2 滲透性的同時,交聯(lián)改性降低了 CO2 吸附性,從而較大程度上提高了 H2/CO2 選擇性(a)對苯二甲酰氯交聯(lián) m-PBI 的擬議反應(yīng)機(jī)理。(b) m-PBI 和使用對苯二甲酰氯交聯(lián) 6 小時(XLPBI-6H)的 m-PBI 在不同溫度下的 H2/CO2 分離性能;數(shù)據(jù)點(diǎn)從左到右依次為 35、100、150 和 200℃。(c) PBI-H3PO4 復(fù)合物的擬議質(zhì)子轉(zhuǎn)移和氫鍵。采用類似的方法,以 1,3,5-三(溴甲基)苯為交聯(lián)劑,對 m-PBI 薄膜進(jìn)行化學(xué)交聯(lián)。膜交聯(lián)了 24 小時,通過改變交聯(lián)劑的濃度實(shí)現(xiàn)了不同程度的交聯(lián)。研究發(fā)現(xiàn),增加交聯(lián)度會降低自由體積,從而明顯降低二氧化碳的溶解度和擴(kuò)散度,而 H2 的滲透率只略有下降。PBI塑料的耐磨損性能遠(yuǎn)超聚酰亞胺。安徽PBI無油軸套
PBI塑料的熔點(diǎn)較高,加工制造具有挑戰(zhàn)性。上海PBI航空卡扣廠商
盡管用于 H2/CO2 分離的聚合物基膜具有諸多優(yōu)點(diǎn),但其在工業(yè)應(yīng)用中的發(fā)展也面臨著一些挑戰(zhàn),其中較重要的是塑化和高溫下的低穩(wěn)定性。玻璃聚合物具有剛性,因此可抗塑化并在高溫下保持穩(wěn)定,是合適的選擇。有人建議使用聚苯并咪唑(PBI)進(jìn)行 H2/CO2 分離,這是一種符合上述要求的特種聚合物。它在高溫下(玻璃轉(zhuǎn)化溫度,Tg = 425-435℃)穩(wěn)定,具有較高的 H2/CO2 本征選擇性,并且由于具有高硬度結(jié)構(gòu)和致密的鏈包裝,預(yù)計可以承受塑化。然而,氣體分子通過 PBI 的傳輸速率非常緩慢,這也是由于它具有使其更耐塑化的相同特性。改善其滲透性的方法包括與滲透性更強(qiáng)的聚合物混合、改變其化學(xué)結(jié)構(gòu)以及在聚合物基體中添加填料。上海PBI航空卡扣廠商