1. উন্নয়নের ইতিহাস
পিবিও মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের বিমান বাহিনী থেকে অ্যারোডাইনামিকস ডেভেলপমেন্টে গবেষকরা আবিষ্কার করেছিলেন। পলিবেনজক্সাজোলের প্রাথমিক পেটেন্টটি মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের স্ট্যানফোর্ড বিশ্ববিদ্যালয়ের স্ট্যানফোর্ড রিসার্চ ইনস্টিটিউট (এসআরআই) এর মালিকানাধীন ছিল। পরবর্তীতে, ডাউ কেমিক্যাল কোম্পানি অনুমোদন লাভ করে এবং শিল্পগতভাবে PBO তৈরি করে, পাশাপাশি মনোমারের মূল সংশ্লেষণ পদ্ধতির উন্নতি করে। নতুন প্রক্রিয়াটি প্রায় কোনো আইসোমেরিক উপ-পণ্য তৈরি করেনি, সংশ্লেষিত মনোমারের ফলন বৃদ্ধি করে এবং শিল্পায়নের ভিত্তি স্থাপন করে। 1990 সালে, জাপানের Toyobo Co., Ltd. ডাও কেমিক্যাল কোম্পানির কাছ থেকে PBO পেটেন্ট প্রযুক্তি ক্রয় করে। 1991 সালে, Dow-Badische Fibers Inc. Toyobo Co., Ltd.-এর যন্ত্রপাতিতে PBO ফাইবার তৈরি করে, যা উল্লেখযোগ্যভাবে PBO ফাইবারের শক্তি এবং মডুলাসকে PPTA ফাইবারের তুলনায় দ্বিগুণ করে। 1994 সালে, Dow-Badische Fibers Inc. এর অনুমতি নিয়ে, Toyobo Co., Ltd. 400 টন পিবিও মনোমার এবং 180 টন স্পিনিংয়ের বার্ষিক আউটপুট সহ একটি উত্পাদন লাইন তৈরি করতে 3 বিলিয়ন জাপানি ইয়েন বিনিয়োগ করে। 1995 সালের বসন্তে, এটি আংশিক যান্ত্রিক উত্পাদন শুরু করে এবং 1998 সালের মধ্যে, বাণিজ্যিক নাম জাইলন সহ উত্পাদন ক্ষমতা 200 টন/বছরে পৌঁছেছিল। Zylon এর জন্য Toyobo এর উন্নয়ন পরিকল্পনা অনুযায়ী, উৎপাদন ক্ষমতা 2000 সালে 380 টন/বছর, 2003 সালে 500 টন/বছর এবং 2008 সালে 1000 টন/বছরে পৌঁছাবে বলে আশা করা হয়েছিল। বর্তমানে, Toyobo Co., Ltd. একমাত্র কোম্পানি রয়ে গেছে। বিশ্ব বাণিজ্যিকভাবে PBO ফাইবার উত্পাদন করতে সক্ষম।
2. PBO ফাইবার উন্নয়ন সম্ভাবনা
সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, ইউরোপ, আমেরিকা এবং জাপানের মতো উন্নত দেশগুলি এবং অঞ্চলগুলি উচ্চ-উত্থান বিল্ডিং, বড় সেতু এবং সামুদ্রিক প্রকৌশলের নির্মাণ ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে উচ্চ-কার্যকারিতা ফাইবার-রিইনফোর্সড যৌগিক উপকরণ ব্যবহার করেছে। ইপোক্সি রজন দিয়ে ফাইবার কাপড়কে গর্ভধারণ করে এবং এটিকে কংক্রিটের পৃষ্ঠে আঁকড়ে ধরে, মূল কাঠামোর লোড-ভারিং ক্ষমতা এবং ভূমিকম্প প্রতিরোধ ক্ষমতা উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করা যেতে পারে। তাছাড়া, সেতু নির্মাণে, স্টিলের তারগুলি তাদের নিজস্ব ওজনের কারণে দীর্ঘ সেতুর জন্য ব্যবহার করা যায় না। পরিবর্তে, হালকা এবং শক্তিশালী তারের জন্য একটি পছন্দ আছে। PBO ফাইবার থেকে তৈরি তারগুলি, যার উচ্চ শক্তি, ভাল মাত্রিক স্থিতিশীলতা রয়েছে, সেরা পছন্দ।
PBO ফাইবারগুলি ধীরে ধীরে তাপ-প্রতিরোধী উপকরণগুলির ক্ষেত্রে ঐতিহ্যগত অ্যাসবেস্টস উপকরণগুলিকে প্রতিস্থাপন করছে এবং বর্তমানে সুগন্ধযুক্ত পলিমাইডের মতো শিখা-প্রতিরোধী ফাইবারগুলি প্রতিস্থাপনের জন্য 350 ডিগ্রির নীচে অ্যাপ্লিকেশনগুলি অন্বেষণ করছে৷ 350 ডিগ্রির উপরে, তারা স্টেইনলেস স্টীল বা সিরামিক ফাইবারের মতো অজৈব ফাইবার প্রতিস্থাপন করছে। যেহেতু অজৈব ফাইবারগুলি কঠিন এবং স্ক্র্যাচগুলির প্রবণ যা তাদের কার্যকারিতাকে প্রভাবিত করে, তাই PBO ফাইবারগুলির এই ত্রুটিগুলি কাটিয়ে উঠার সম্ভাবনা রয়েছে। পূর্বে, জৈব তন্তুগুলির তাপ প্রতিরোধ ক্ষমতা অপর্যাপ্ত ছিল (বেশিরভাগই 400 ডিগ্রির নিচে), যা তাদের প্রয়োগের বিকাশকে সীমিত করেছিল। যাইহোক, PBO ফাইবারগুলির পচনশীল তাপমাত্রা 650 ডিগ্রি থাকে, যা সমস্ত জৈব তন্তুগুলির মধ্যে সর্বোচ্চ। অতএব, 350 ডিগ্রির উপরে অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে জৈব ফাইবারগুলিকে PBO ফাইবার দিয়ে প্রতিস্থাপন করা সম্পূর্ণভাবে সম্ভব যেখানে জৈব ফাইবারগুলি আগে ব্যবহার করা কঠিন ছিল, এইভাবে PBO ফাইবার তাপ-প্রতিরোধী উপকরণগুলির প্রয়োগকে প্রসারিত এবং বিকাশ করা।
আন্তর্জাতিক গবেষণা ইঙ্গিত করে যে PBO ফাইবারগুলির অন্যান্য ক্ষেত্রে যেমন বৈদ্যুতিক নিরোধক উপকরণ, স্যাটেলাইট সনাক্তকরণ, লাইটওয়েট উপকরণ, স্বয়ংচালিত শিল্প এবং গভীর-সমুদ্রের তেল ক্ষেত্রের উন্নয়নে অনেক অ্যাপ্লিকেশন রয়েছে। হাই-স্পিড ট্রেন বডিতে ব্যবহৃত পিবিও ফাইবার শুধুমাত্র গাড়ির ওজন কমায় না বরং এর শক্তিও বাড়ায়। PBO ফাইবারের রাসায়নিক প্রতিরোধের ব্যবহার করে, বিভিন্ন জারা-প্রতিরোধী প্রতিরক্ষামূলক পোশাক তৈরি করা যেতে পারে। মহাকাশে, সীমিত বোঝা কমাতে, PBO ফাইবারগুলি মহাকাশে ব্যবহৃত ফাস্টেনার এবং স্ট্র্যাপ তৈরির জন্য উপযুক্ত। মহাজাগতিক তাপমাত্রার পরিসরে -10 ডিগ্রী থেকে 460 ডিগ্রী পর্যন্ত, এগুলি তাপ-প্রতিরোধী সনাক্তকরণ বেলুনের জন্য উপাদান হিসাবেও ব্যবহার করা যেতে পারে। ক্রীড়া প্রতিযোগিতার পালতোলা, পালগুলি প্রধানত উচ্চ-শক্তি, উচ্চ-মডুলাস ফাইবার-তৈরি প্লেটের মতো পাতলা উপকরণ থেকে তৈরি করা হয়। যখন পাল বাতাসে উড়ে যায় তখন বিকৃতি কমাতে, প্রতিযোগিতামূলক সেলিং পাল তৈরির জন্য সর্বোচ্চ মডুলাস PBO ফাইবার ব্যবহার করতে হবে। PBO ফাইবারের চমৎকার যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যের কারণে, এগুলি গল্ফ ক্লাব, টেনিস র্যাকেট, স্কি পোল, স্কি বোর্ড, সার্ফবোর্ড, তীরন্দাজ বোস্ট্রিং এবং রেসিং সাইকেল তৈরির জন্যও সেরা উপকরণ।
PBO ফাইবারগুলির মূল প্রযুক্তি গবেষণা এবং উন্নয়ন এবং শিল্পায়ন চীনকে বিদেশী প্রযুক্তির দীর্ঘমেয়াদী নিয়ন্ত্রণ এবং একচেটিয়াতা থেকে মুক্ত হতে, স্বাধীন উদ্ভাবনের পথে, উজ্জ্বল সম্ভাবনা এবং দেশীয় এবং বৃহৎ আকারের উন্নয়নের বিস্তৃত প্রয়োগের পথে যাত্রা করতে সক্ষম করে। PBO ফাইবার এর. এটি চীনের মহাকাশ, জাতীয় প্রতিরক্ষা, সামরিক এবং বেসামরিক শিল্পে উচ্চ-ক্ষমতাসম্পন্ন পিবিও উপকরণগুলির বিকাশ এবং টেকসই ব্যবহারে অবদান রাখবে।
3.ফাইবার বৈশিষ্ট্য
Toyobo রিপোর্ট অনুযায়ী, তাদের হাই-এন্ড PBO ফাইবার পণ্যের শক্তি 5.8 GPa (জার্মানিতে 5.2 GPa হিসাবে রিপোর্ট করা হয়েছে), 180 GPa এর একটি মডুলাস, যা বিদ্যমান রাসায়নিক তন্তুগুলির মধ্যে সর্বোচ্চ; এটি 68 এর সীমিত অক্সিজেন সূচক সহ 600 ডিগ্রী পর্যন্ত তাপমাত্রা সহ্য করতে পারে এবং অগ্নিতে জ্বলতে বা সঙ্কুচিত হয় না, অন্য যেকোনো জৈব ফাইবারের তুলনায় উচ্চ তাপ প্রতিরোধ এবং শিখা প্রতিবন্ধকতা প্রদর্শন করে। এটি প্রধানত তাপ-প্রতিরোধী শিল্প টেক্সটাইল এবং ফাইবার-রিইনফোর্সড উপকরণের জন্য ব্যবহৃত হয়।
অন্যান্য উচ্চ-পারফরম্যান্স ফাইবারের সাথে PBO-এর কর্মক্ষমতা তুলনা:
টেবিল থেকে দেখা যায়, PBO ফাইবারগুলি উচ্চতর শক্তি, মডুলাস, তাপ প্রতিরোধের এবং শিখা প্রতিবন্ধকতা প্রদর্শন করে। উল্লেখযোগ্যভাবে, PBO ফাইবারগুলির শক্তি শুধুমাত্র ইস্পাত ফাইবারকে ছাড়িয়ে যায় না কিন্তু কার্বন ফাইবারের শক্তিকেও ছাড়িয়ে যায়। উপরন্তু, PBO ফাইবারগুলি প্রভাব প্রতিরোধের, ঘর্ষণ প্রতিরোধের এবং মাত্রিক স্থিতিশীলতার ক্ষেত্রে শ্রেষ্ঠত্ব অর্জন করে। এগুলি হালকা ওজনের এবং নমনীয়, এগুলিকে একটি আদর্শ টেক্সটাইল কাঁচামাল তৈরি করে।
PBO, 21 শতকের একটি সুপার-পারফরম্যান্স ফাইবার হিসাবে, অসাধারণভাবে চমৎকার শারীরিক এবং যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যের পাশাপাশি রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যের অধিকারী। এর শক্তি এবং মডুলাস কেভলার ফাইবারের চেয়ে দ্বিগুণ এবং এটি মেটা-অ্যারামিড ফাইবারগুলির তাপীয় প্রতিরোধ এবং শিখা প্রতিবন্ধকতাও ভাগ করে। তদুপরি, এর ভৌত এবং রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যগুলি কেভলার ফাইবারকে সম্পূর্ণভাবে ছাড়িয়ে যায়, যা এখনও পর্যন্ত উচ্চ-কার্যকারিতা ফাইবারগুলির ক্ষেত্রে নেতৃত্ব দিয়েছে। 1 মিলিমিটার ব্যাসের একটি একক পিবিও ফিলামেন্ট 450 কিলোগ্রাম ওজন তুলতে পারে, যা ইস্পাত তন্তুর শক্তির দশগুণ বেশি।
4. PBO ফাইবারগুলির সারফেস পরিবর্তন
পিবিও ফাইবার এবং রজন ম্যাট্রিক্সের মধ্যে টিআইএফএসএস (ইন্টারফেসিয়াল শিয়ার স্ট্রেংথ) এর বর্ধিতকরণ উন্নত হয়, তবে অতিরিক্ত কাপলিং এজেন্ট কাপলিং এজেন্টের একটি ঘন ক্রসলিংকিং স্তরের দিকে নিয়ে যেতে পারে, যা টিআইএফএসএসকে হ্রাস করে। ফাইবার পৃষ্ঠে প্লাজমার এচিং প্রভাব প্রাথমিকভাবে কাপলিং এজেন্টের উপর কাজ করে, একটি গ্রাফটেড ক্রসলিংকিং স্তর গঠন করতে সক্ষম করে। এই কাপলিং এজেন্ট স্তরটি ফাইবারগুলিকে নির্দিষ্ট সুরক্ষা প্রদান করে, এইভাবে PBO ফাইবারগুলির σ (শক্তি) হ্রাস উল্লেখযোগ্য নয়।
এটি বিশ্লেষণ করা যেতে পারে যে কাপলিং এজেন্ট এবং প্লাজমার সাথে পরিবর্তনের সম্মিলিত প্রক্রিয়ার জন্য সর্বোত্তম শর্তগুলি হল: A-187 কাপলিং এজেন্টের বিষয়বস্তু 2%, আর্গন নিম্ন-তাপমাত্রার প্লাজমা চিকিত্সার সময় 2 মিনিটের জন্য, চাপ 50Pa এ , এবং 30W এ পাওয়ার। নির্বাচিত কাপলিং এজেন্টগুলির মধ্যে, A-187-এর সর্বোত্তম প্রভাব রয়েছে IFSS-এর উন্নতিতে PBO ফাইবার এবং epoxy রজনের মধ্যে, যার সর্বোত্তম উপাদান 2%।
(1) যখন A-187 এর বিষয়বস্তু 2% হয়, এবং আর্গন কম-তাপমাত্রার প্লাজমা চিকিত্সার অবস্থা 2min, 30W, এবং 50Pa হয়, তখন পরিবর্তিত PBO ফাইবারের ΓIFSS (ইন্টারফেসিয়াল শিয়ার স্ট্রেন্থ) সর্বোচ্চ 10.44 পর্যন্ত পৌঁছতে পারে এমপিএ এটি পরিবর্তনের জন্য শুধুমাত্র A{10}} কাপলিং এজেন্ট ব্যবহারের তুলনায় 52% বৃদ্ধি এবং মূল ফাইবারের ΓIFSS-এর তুলনায় 78% বৃদ্ধির প্রতিনিধিত্ব করে। PBO ফাইবারের ভেজাতাও ব্যাপকভাবে উন্নত হয়েছে।
(2) একটি কাপলিং এজেন্টের সাথে মিলিত আর্গন লো-টেম্পারেচার প্লাজমা দ্বারা পরিবর্তিত PBO ফাইবারগুলির জন্য, সময়ের সাথে সাথে ΓIFSS-এর পতন উল্লেখযোগ্য নয়; যোগাযোগের কোণ বৃদ্ধিও উল্লেখযোগ্য নয়, সামান্য নিম্নগামী প্রবণতা সহ স্থিতিশীলতার দিকে একটি প্রবণতা দেখায়। অতএব, একটি কাপলিং এজেন্টের সাথে মিলিত আর্গন কম-তাপমাত্রার প্লাজমা দ্বারা পরিবর্তিত PBO ফাইবারগুলির অবক্ষয় প্রভাব উচ্চারিত হয় না।
5. প্রস্তুতি
দ্রাবক হিসাবে পলিফসফরিক অ্যাসিড (PPA) ব্যবহার করে টেরেফথালিক অ্যাসিডের সাথে 4,6-ডায়ামিনোরসোর্সিনল হাইড্রোক্লোরাইড (DAR·HCl) এর পলিকনডেনসেশনের মাধ্যমে PBO প্রস্তুত করা হয়। বিকল্পভাবে, এটি পলিকনডেনসেশনের জন্য P2O5 ডিহাইড্রেশন ব্যবহার করে সংশ্লেষিত করা যেতে পারে। PPA একটি দ্রাবক এবং পলিকনডেনসেশনের জন্য অনুঘটক হিসাবে উভয়ই কাজ করে।
মোনোমার ডায়ামিনো রেসোরসিনোলের সংশ্লেষণ সফলভাবে আমেরিকান ডাও কেমিক্যাল কোম্পানি দ্বারা তৈরি করা হয়েছে, কাঁচামাল হিসেবে ট্রাইক্লোরোবেনজিন থেকে শুরু করে। এই পদ্ধতিটি সংশ্লেষণ প্রক্রিয়ার সময় আইসোমারের প্রজন্মকে এড়িয়ে যায়, একটি উচ্চ পুনরুদ্ধারের হার দেয়, যা PBO-এর শিল্প উত্পাদনে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে।
পলিমার ডোপ শুকনো-ভিজা স্পিনিং পদ্ধতি ব্যবহার করে কাটা হয়, তারপরে ধোয়া এবং শুকানো হয়। যখন স্পিনিং দ্রবণ দ্রবীভূত হয়ে তরল স্ফটিক তৈরি করে এবং তরল ক্রিস্টাল স্পিনিং ব্যবহার করা হয়, তখন এটি একটি বর্ধিত চেইন কাঠামো তৈরি করতে পারে। প্রাথমিক স্পুন ফাইবার (AS ফাইবার-স্ট্যান্ডার্ড টাইপ) ইতিমধ্যেই 3.53N/tex এর বেশি শক্তি এবং 10.84N/tex এর বেশি একটি ইলাস্টিক মডুলাস ধারণ করে। মডুলাস বাড়ানোর জন্য, তাপ চিকিত্সা প্রায় 600 ডিগ্রিতে সঞ্চালিত হতে পারে, যার ফলে একই শক্তি বজায় রেখে উচ্চ মডুলাস ফাইবার (এইচএম ফাইবার-হাই মডুলাস টাইপ) একটি মডুলাস 176.4N/টেক্সে পৌঁছায়।
6.অ্যাপ্লিকেশন
PBO ফাইবারগুলি তাদের চমৎকার তাপ প্রতিরোধের, উচ্চ শক্তি এবং উচ্চ মডুলাস দ্বারা চিহ্নিত করা হয়, যা তাদের ব্যাপকভাবে প্রযোজ্য করে তোলে।
(1) ফিলামেন্টের প্রয়োগের মধ্যে রয়েছে রাবার পণ্যগুলির জন্য শক্তিশালীকরণ সামগ্রী যেমন টায়ার, কনভেয়র বেল্ট এবং পায়ের পাতার মোজাবিশেষ; বিভিন্ন প্লাস্টিক এবং কংক্রিটের জন্য শক্তিশালীকরণ উপকরণ; ব্যালিস্টিক ক্ষেপণাস্ত্র এবং যৌগিক উপকরণের জন্য বর্ধিত উপাদান; ফাইবার অপটিক তারের জন্য উত্তেজনা সদস্য এবং প্রতিরক্ষামূলক ফিল্ম; বৈদ্যুতিক গরম করার তার, হেডফোন তার এবং অন্যান্য নমনীয় তারের জন্য ফাইবারগুলিকে শক্তিশালী করা; দড়ি এবং তারের জন্য উচ্চ-টেনসিল উপকরণ; উচ্চ-তাপমাত্রা পরিস্রাবণের জন্য তাপ-প্রতিরোধী ফিল্টার উপকরণ; ক্ষেপণাস্ত্র এবং বুলেটগুলির জন্য প্রতিরক্ষামূলক সরঞ্জাম, বুলেটপ্রুফ ভেস্ট, বুলেটপ্রুফ হেলমেট এবং উচ্চ-ক্ষমতাসম্পন্ন ফ্লাইট স্যুট; টেনিস, স্পিডবোট, রেসিং বোট ইত্যাদির জন্য ক্রীড়া সরঞ্জাম; উচ্চ-গ্রেড স্পিকার ডায়াফ্রাম, অভিনব যোগাযোগ উপকরণ; মহাকাশ উপকরণ, ইত্যাদি
(2) কাটা ফাইবার এবং সজ্জার প্রয়োগের মধ্যে রয়েছে ঘর্ষণ সামগ্রী এবং সিলিং গ্যাসকেটের জন্য শক্তিশালী ফাইবার; বিভিন্ন রজন এবং প্লাস্টিক, ইত্যাদির জন্য বর্ধিতকরণ উপকরণ
(3) সুতার প্রয়োগের মধ্যে রয়েছে অগ্নিনির্বাপক পোশাক; চুল্লি সামনে এবং ঢালাই অপারেশন জন্য তাপ-প্রতিরোধী কাজের পোশাক; কাটা প্রতিরোধের জন্য প্রতিরক্ষামূলক পোশাক, নিরাপত্তা গ্লাভস, এবং নিরাপত্তা জুতা; রেস কার ড্রাইভার স্যুট, জকি স্যুট; বিভিন্ন ক্রীড়া পোশাক এবং সক্রিয় ক্রীড়া সরঞ্জাম; ক্যারেস পাইলট স্যুট; কাটা বিরোধী সরঞ্জাম, ইত্যাদি
(4) সংক্ষিপ্ত তন্তুগুলির প্রয়োগগুলি মূলত তাপ-প্রতিরোধী বাফার প্যাডের জন্য অ্যালুমিনিয়াম এক্সট্রুশন প্রক্রিয়াকরণে ব্যবহৃত অনুভূত হয়; উচ্চ-তাপমাত্রা পরিস্রাবণের জন্য তাপ-প্রতিরোধী ফিল্টার উপকরণ; তাপ সুরক্ষা বেল্ট, ইত্যাদি