芳綸纖維的制造與應用

輕化1002孫正0902100206芳綸概述★芳綸（aramidfiber）是由芳香族聚酰胺樹脂（aromaticpolyamiderisen）紡成的纖維?！飮夥Q為芳酰胺纖維,我國定名為芳綸。

凡聚合物大分子的主鏈由芳香環(huán)和酰胺鍵構(gòu)成，且其中至少有85%的酰胺基直接鍵合在芳香環(huán)上，每個重復單元的酰胺基中的氮原子和羰基直接與芳香環(huán)中的碳原子相連接并置換其中一個氫原子的聚合物，稱為芳香族聚酰胺樹脂。（2）PPTA的結(jié)構(gòu)與組成PPTA化學結(jié)構(gòu)的特點是：

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)的對位上。

在芳綸中，分子內(nèi)的骨架原子通過強共價鍵結(jié)合；高聚物分子間是酰胺基，由于酰胺基是極性基團，其上的氫能夠與另一個鏈段上酰胺基團中可供電子的羰基（-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）為強共價鍵；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，從而賦予Kevlar纖維高強度、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；⊙壓縮強度不高（為拉伸強度的1/5）；⊙剪切強度不高（為拉伸強度的1/17）；⊙

Kevlar-149的彈性模量高于Kevlar-49；⊙

Kevlar-149的高溫強度保留率最高。⊙熱穩(wěn)定、耐火、不溶、自熄性材料。真空中長期使用溫度為160℃，-60℃也不脆；⊙

Tg=（250~400）℃；⊙熱膨脹系數(shù)低（300℃以下，縱向為負值）；⊙具有良好的耐化學介質(zhì)性（但不耐強酸、強堿）；⊙耐疲勞、耐磨、電氣絕緣、透電磁波?！褜ψ贤饩€敏感。芳綸的化學性能芳綸的缺陷

沿縱向排列的雜質(zhì)Na2SO4；

孔洞；

表皮軸向裂紋（長20~24nm、寬6~11nm）。芳綸的不足⊙耐光性差，暴露于可見光和紫外線時會產(chǎn)生光致降解（即力學性能下降和褪色）。用高吸收率材料對Kevlar纖維增強聚合物基復合材料作表面涂層，可以減緩其光致降解；⊙溶解性差；⊙抗壓強度低；⊙吸濕性強，吸濕后纖維性能變化大，因此應密封保存，在制備復合材料前應增加烘干工序。（4）PPTA纖維的制備過程合成PPTA的原料包括：△對苯二甲酰氯（Terephthaloylchloride）△對苯二胺（p-phenglenediamine）△強極性的酰胺類溶劑（二甲基乙酰胺或六甲基磷酸胺），選用強極性的酰胺類溶劑，是為了將開始生成的聚合物留在溶液中。

PPTA的合成②紡絲★紡絲液的配制▽濃硫酸（濃度為100%）+聚對苯二甲酰對苯二胺（PPTA）配成液晶溶液（稱為明膠）▽溶液濃度（配比）：PPTA/濃硫酸=20/100▽PPTA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(wetspinning)：將明膠經(jīng)針孔擠出，進入冷凝液體中快速冷卻，最后在惰性氣體中熱處理。b.干噴(dryjet)：將明膠由噴絲嘴噴出，經(jīng)過一段空氣層快速拉伸使分子取向，最后進行熱處理。c.干噴—濕紡(thedryjet-wetspinningprocess)是常用的紡絲方法。干噴—濕紡(thedryjet-wetspinningprocess)是常用的紡絲方法?！罡蓢姟獫窦彽墓に囘^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，并與強酸（濃硫酸）混合。▽在100℃下，明膠通過紡絲孔擠出；▽通過1cm的空氣間隙（造成絲在一定范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)和排列），進入冷水（0~4℃）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。干噴—濕紡的特點：♀用干噴—濕紡方法紡絲時，在剪切力作用下，PPTA極易沿作用力方向取向?！獠扇「蓢姟獫窦徱壕Ъ徑z工藝，可抑制卷曲或折疊鏈產(chǎn)生，使分子鏈沿軸向進一步高度取向，形成幾乎為100%的次晶結(jié)構(gòu)。芳綸的應用與展望（1）芳綸纖維的應用

先進復合材料

防彈制品

纜繩

建材

傳送帶

特種防護服裝

體育運動器材

電子設(shè)備芳綸應用于特種防護服裝

對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、運動服和手套、襪子等。芳綸在體育運動器材方面的應用

弓箭、弓弦、羽毛球拍；

與其他纖維混雜的復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

揚聲器的嗽叭盒芳綸在電子設(shè)備方面的應用（2）芳綸的展望改善芳綸性能的途徑：

對PPTA引入第三組分進行共聚、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的復合材料；

對PPTA纖維進行表面處理。應用于戰(zhàn)略導彈：用纏繞法制造了Kevlar-49增強環(huán)氧樹脂復合材料如下結(jié)構(gòu)件：

美國核潛艇“三叉戟”C4潛地導彈的固體火箭發(fā)動機殼體；

美國戰(zhàn)略型號MX陸基機動洲際導彈的三級發(fā)動機和新型潛地“三叉戟Ⅱ”D5導彈的第三級發(fā)動機；

前蘇聯(lián)SS-24、SS-25鐵路和公路機動洲際導彈各級固體發(fā)動機；

法國的M4導彈的402K的殼體。應用于戰(zhàn)術(shù)導彈：

采用芳綸/環(huán)氧復合材料制作“潘興”的航天頂級發(fā)動機、衛(wèi)星變軌固體發(fā)動機的殼體。應用于耐熱隔熱功能材料：

芳綸短切纖維或漿粕增強的三元乙丙(EPDM)橡膠基復合材料的軟片或帶材用于最新的各種發(fā)動機的內(nèi)絕熱層。芳綸作為增強材料

用于先進發(fā)電機的發(fā)動機艙、中央發(fā)動機整流罩、機翼與機身整流罩掛架整流罩、機翼前緣、襟翼、方向舵和升降舵后緣、安定面翼尖、貨艙襯壁、天花板、應急出口門和窗、發(fā)動機調(diào)節(jié)系統(tǒng)管道等。

用于直升飛機上的機身外蒙皮、旋翼、螺旋漿和雷達天線罩等。

ARALL超混復合層板以芳綸環(huán)氧無緯布與薄鋁板交疊鋪層、再熱壓制成的聚合物-金屬復合材料，稱為超混雜復合材料。是具有許多超混雜優(yōu)異性能（比強度高、比模量高、疲勞壽命是鋁的