芳綸纖維的制造與應(yīng)用分解學(xué)習(xí)資料

1、芳綸纖維的制造與應(yīng)用分解（2）PPTA的結(jié)構(gòu)與組成PPTA化學(xué)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是： 由苯環(huán)和酰胺基按一定規(guī)律有序排列構(gòu)成。酰胺基的位置接在苯環(huán)的對(duì)位上。在芳綸中，分子內(nèi)的骨架原子通過(guò)強(qiáng)共價(jià)鍵結(jié)合；高聚物分子間是酰胺基，由于酰胺基是極性基團(tuán)，其上的氫能夠與另一個(gè)鏈段上酰胺基團(tuán)中可供電子的羰基（-CO-)結(jié)合成氫鍵，構(gòu)成梯形聚合物，這種聚合物具有良好的規(guī)整性，因此具有高度的結(jié)晶性。芳綸沿分子鏈方向（平行于纖維軸向）為強(qiáng)共價(jià)鍵；垂直于纖維軸向的分子間以氫鍵相連，因而纖維顯現(xiàn)各向異性（在軸向，和E高；在橫向，和E均較低）。苯環(huán)呈大共軛鍵（鍵），它難于旋轉(zhuǎn)，所以，大分子鏈具有線性剛性伸直鏈（棒狀）構(gòu)型，從而賦

2、予Kevlar纖維高強(qiáng)度、高模量和耐熱性。（3）芳綸的性能物理性能密度小，為1.44g/cm3比強(qiáng)度高（高于碳纖維和硼纖維）比模量雖然較高，但低于碳纖維和硼纖維；韌性好、抗沖擊性好、加工性好；壓縮強(qiáng)度不高（為拉伸強(qiáng)度的1/5）；剪切強(qiáng)度不高（為拉伸強(qiáng)度的1/17）； Kevlar-149的彈性模量高于Kevlar-49； Kevlar-149的高溫強(qiáng)度保留率最高。熱穩(wěn)定、耐火、不溶、自熄性材料。真空中長(zhǎng)期使用溫度為160，-60也不脆； Tg =（250400）；熱膨脹系數(shù)低（300以下，縱向?yàn)樨?fù)值）；具有良好的耐化學(xué)介質(zhì)性（但不耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿）；耐疲勞、耐磨、電氣絕緣、透電磁波。 對(duì)紫外線敏感

3、。芳綸的化學(xué)性能芳綸的缺陷沿縱向排列的雜質(zhì)Na2SO4；孔洞；表皮軸向裂紋（長(zhǎng)2024nm、寬611nm）。芳綸的不足耐光性差，暴露于可見(jiàn)光和紫外線時(shí)會(huì)產(chǎn)生光致降解（即力學(xué)性能下降和褪色）。用高吸收率材料對(duì)Kevlar纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料作表面涂層，可以減緩其光致降解；溶解性差；抗壓強(qiáng)度低；吸濕性強(qiáng)，吸濕后纖維性能變化大，因此應(yīng)密封保存，在制備復(fù)合材料前應(yīng)增加烘干工序。（4）PPTA纖維的制備過(guò)程合成PPTA的原料包括：對(duì)苯二甲酰氯（Terephthaloyl chloride）對(duì)苯二胺（p-phenglene diamine）強(qiáng)極性的酰胺類溶劑（二甲基乙酰胺或六甲基磷酸胺），選用強(qiáng)極性的

4、酰胺類溶劑，是為了將開(kāi)始生成的聚合物留在溶液中。 PPTA的合成紡絲紡絲液的配制濃硫酸（濃度為100%）+聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺（PPTA）配成液晶溶液（稱為明膠）溶液濃度（配比）：PPTA/濃硫酸=20/100PPTA在濃硫酸中形成向列型液晶態(tài)，聚合物呈一維取向有序排列。三種紡絲方法：a.濕紡(wet spinning)：將明膠經(jīng)針孔擠出，進(jìn)入冷凝液體中快速冷卻，最后在惰性氣體中熱處理。b.干噴(dry jet)：將明膠由噴絲嘴噴出，經(jīng)過(guò)一段空氣層快速拉伸使分子取向，最后進(jìn)行熱處理。c.干噴濕紡(the dry jet-wet spinning process)是常用的紡絲方法。干噴濕紡(th

5、e dry jet-wet spinning process)是常用的紡絲方法。干噴濕紡的工藝過(guò)程：首先，二元胺和含鹵二元酸的溶液在低溫下（0）縮聚產(chǎn)生聚酰胺（polyamides）；粉碎、沖洗和干燥，并與強(qiáng)酸（濃硫酸）混合。 在100下，明膠通過(guò)紡絲孔擠出；通過(guò)1cm的空氣間隙（造成絲在一定范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)和排列），進(jìn)入冷水（04）中，得到高結(jié)晶度（分子鏈充分伸展和定向）的初生纖維，在水中漂洗后干燥。在膠凝浴中去除酸。用干噴濕紡方法紡絲時(shí)，在剪切力作用下，PPTA極易沿作用力方向取向。采取干噴濕紡液晶紡絲工藝，可抑制卷曲或折疊鏈產(chǎn)生，使分子鏈沿軸向進(jìn)一步高度取向，形成幾乎為100%的次晶結(jié)構(gòu)。芳

6、綸的應(yīng)用與展望（1）芳綸纖維的應(yīng)用先進(jìn)復(fù)合材料防彈制品纜繩建材傳送帶特種防護(hù)服裝體育運(yùn)動(dòng)器材電子設(shè)備芳綸應(yīng)用于特種防護(hù)服裝對(duì)位芳綸和間位芳綸或芳砜綸混紡織物可用于防火和消防工作服；芳綸布用于森林伐木工作服、賽車服、運(yùn)動(dòng)服和手套、襪子等。芳綸在體育運(yùn)動(dòng)器材方面的應(yīng)用弓箭、弓弦、羽毛球拍；與其他纖維混雜的復(fù)合材料制作高爾夫球棍、滑雪板、雪橇、自行車架和輪轂等。集成電路和低膨脹系數(shù)的印刷電路板揚(yáng)聲器的嗽叭盒芳綸在電子設(shè)備方面的應(yīng)用（2）芳綸的展望改善芳綸性能的途徑：對(duì)PPTA引入第三組分進(jìn)行共聚、共混研究；合成新型的芳綸；研制PPTA纖維與其他纖維混雜增強(qiáng)的復(fù)合材料；對(duì)PPTA纖維進(jìn)行表面處理。應(yīng)用

7、于戰(zhàn)略導(dǎo)彈： 用纏繞法制造了Kevlar-49增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料如下結(jié)構(gòu)件： 美國(guó)核潛艇“三叉戟”C4潛地導(dǎo)彈的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體；美國(guó)戰(zhàn)略型號(hào)MX陸基機(jī)動(dòng)洲際導(dǎo)彈的三級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)和新型潛地“三叉戟”D5導(dǎo)彈的第三級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)；前蘇聯(lián)SS-24、SS-25鐵路和公路機(jī)動(dòng)洲際導(dǎo)彈各級(jí)固體發(fā)動(dòng)機(jī)；法國(guó)的M4導(dǎo)彈的402K的殼體。應(yīng)用于戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈：采用芳綸/環(huán)氧復(fù)合材料制作“潘興”的航天頂級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)、衛(wèi)星變軌固體發(fā)動(dòng)機(jī)的殼體。應(yīng)用于耐熱隔熱功能材料：芳綸短切纖維或漿粕增強(qiáng)的三元乙丙(EPDM)橡膠基復(fù)合材料的軟片或帶材用于最新的各種發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)絕熱層。芳綸作為增強(qiáng)材料用于先進(jìn)發(fā)電機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)艙、中央發(fā)動(dòng)機(jī)整流罩、

8、機(jī)翼與機(jī)身整流罩掛架整流罩、機(jī)翼前緣、襟翼、方向舵和升降舵后緣、安定面翼尖、貨艙襯壁、天花板、應(yīng)急出口門(mén)和窗、發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)管道等。用于直升飛機(jī)上的機(jī)身外蒙皮、旋翼、螺旋漿和雷達(dá)天線罩等。 ARALL超混復(fù)合層板 以芳綸環(huán)氧無(wú)緯布與薄鋁板交疊鋪層、再熱壓制成的聚合物-金屬?gòu)?fù)合材料，稱為超混雜復(fù)合材料。是具有許多超混雜優(yōu)異性能（比強(qiáng)度高、比模量高、疲勞壽命是鋁的1001000倍，阻尼和耐噪聲性能較鋁好，加工性能較芳綸/環(huán)氧好）的新型結(jié)構(gòu)材料。荷蘭和美國(guó)的多家飛機(jī)公司利用ARALL制造機(jī)翼下蒙皮和機(jī)身段蒙皮以及機(jī)艙門(mén)。游艇、賽艇、帆船、小型漁船、救生艇、充氣船、巡邏艇的艇殼材料；戰(zhàn)艦及航空母艦的防

9、護(hù)裝甲以及建造聲納導(dǎo)流罩等。芳綸應(yīng)用于汽車工業(yè)用作橡膠輪胎的簾子線。它的橡膠基和樹(shù)脂基復(fù)合材料用作高壓軟管、排氣管、摩擦材料和剎車片、三角皮帶、同步齒輪的傳送帶、大型運(yùn)輸車和冷藏車的車廂。用芳綸/環(huán)氧或碳/環(huán)氧外全纏熱塑性塑料內(nèi)料制作全復(fù)合材料的天然氣氣瓶。它能清潔能源，安全可靠，比鋼瓶減重一半以上。國(guó)外研制將它用于電動(dòng)汽車和電、氣混用汽車的貯能飛輪。芳綸應(yīng)用于防彈制品硬質(zhì)防彈裝甲板 芳綸復(fù)合材料板、芳綸與金屬?gòu)?fù)合裝甲板、芳綸與陶瓷復(fù)合裝甲板廣泛用于防彈裝甲車、防彈運(yùn)鈔車、直升飛機(jī)防彈板、戰(zhàn)艦裝甲防護(hù)板和防彈頭盔。軟質(zhì)防彈背心 第一代防彈芳綸是Kevlar-29和Twaron-1000；第二代

10、防彈芳綸是Kevlar-129和Twaron CT-2000;最新的軟質(zhì)防彈背心材料是Gold Flex,這是一種由高檔防彈芳綸的無(wú)緯布與高性能聚乙烯薄膜制成的柔性片組合而成的，比超高分子量聚乙烯纖維的防彈性能和耐熱性更佳。芳綸應(yīng)用于基礎(chǔ)設(shè)施和建材方面芳綸短切纖維用環(huán)氧系列的粘合劑緩慢地固化后，放入攬拌機(jī)中與水泥混合，然后在擠出成型機(jī)中制成一定厚度的預(yù)制件；用芳綸連續(xù)纖維作為加強(qiáng)筋，加入混凝土或上述短纖維增強(qiáng)的混凝土中代替鋼筋；將連續(xù)纖維編織物增強(qiáng)環(huán)氧的網(wǎng)狀固化物鋪入混凝土內(nèi)進(jìn)行加強(qiáng)。芳綸增強(qiáng)混凝土用于橋梁、橋墩、高樓壁板及大型建筑物及它們的修復(fù)、海洋工程結(jié)構(gòu)、化工廠設(shè)施等。具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕

11、、耐腐蝕和壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。芳綸應(yīng)用于傳送帶芳綸纖維增強(qiáng)橡膠基復(fù)合材料的運(yùn)輸傳送帶已大量應(yīng)用于煤礦、采石廠、港口。利用芳綸耐熱性好的特點(diǎn)，還可用于熱玻璃器皿坯料（如玻璃顯像管）的生產(chǎn)線傳輸和食品烘干線的傳送帶。芳綸在纜繩方面的應(yīng)用航空航天的降落傘繩光纖通訊電纜的加強(qiáng)件和復(fù)合材料芯桿實(shí)用于高性能復(fù)合材料的芳酰胺纖維的主要品種美國(guó)杜邦公司生產(chǎn)：聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺(PPTA)纖維聚對(duì)苯甲酰胺(PBA)纖維日本帝人公司生產(chǎn)：對(duì)位芳酰胺共聚纖維（Technora）俄羅斯生產(chǎn)：聚對(duì)芳酰胺苯并咪唑纖維(CBM)APMOC纖維杜邦公司PPTA纖維的主要牌號(hào) 在復(fù)合材料中應(yīng)用最普遍的是PPTA纖維，Du pont

12、公司PPTA纖維的主要牌號(hào)有：第一代（RI型）：Kevlar-29、Kevlar-49第二代(Hx系列）：Ha（高粘接型）、Ht（Kevlar-129、高強(qiáng)型）、He（Kevlar-100、原液著色型）、Hp（Kevlar-68、高性能中模型）、Hm（Kevlar-149、高模型）、He（Kevlar-119、高伸長(zhǎng)型）。我國(guó)于20世紀(jì)70年代跟蹤研制，于80年代初期試生產(chǎn)出聚對(duì)苯甲酰胺（PBA）纖維，定名為芳綸（芳綸14） ；又于80年代中期試生產(chǎn)出PPTA纖維，定名為芳綸（芳綸1414），可批量生產(chǎn)。我國(guó)芳綸纖維的主要牌號(hào)我國(guó)對(duì)位芳綸的發(fā)展前景產(chǎn)業(yè)化技術(shù)已基本成熟：全國(guó)各部門(mén)的協(xié)同攻關(guān)和本世紀(jì)初的產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)，對(duì)位芳綸工藝研究已經(jīng)成熟，產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)，如雙螺桿連續(xù)縮聚技術(shù)、