高性能化学纤维教案
上课周次：第（）周，第（6）次上课时数：（2）学时
（TPC）和对苯二胺（PPDA）单体，在非质子极性溶剂如二甲基乙酰胺（DMAc）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、六甲基磷酰三胺（HMPA）等酰胺型溶剂，在温和的条件下进行缩聚反应。但是1975年以后，人们发现HMPA有致癌作用，且回收上有难度，从那时起放弃使用HMPA。工业生产上改用酰胺—盐溶剂体系,单独采用比较安全的NMP溶剂。但NMP溶剂性能上比HMPA混合溶剂稍差些，可通过加入碱或碱土金属盐如氯化钙(CaCl2) 、氯化锂（LiCl）等，增加体系溶剂化作用，增加PPTA的溶解性，促进缩聚反应的程度。具体方法是在聚合反应器中通入干燥的氮气，加入含有CaCl2、吡啶(Py)等助剂的DMAc或NMP等溶剂，然后原料PPDA加入并搅拌溶解，溶解后冰水浴至0～5℃，迅速加入TPC并加速搅拌，直至反应结束得到粉状聚合产物。在缩聚反应中, TPC和PPDA 反应生成该缩聚反应必须在适宜的溶剂中进行, N－甲基吡咯烷酮/氯化钙（NMP-CaCl2 ）体系是阿克苏公司的受专利保护的溶剂系统。PPDA在冷却了的NMP与CaCl2的悬浮液中溶解, 该溶液的主要功能就是形成一种带有酰胺键合的复合体系，增加体系的溶剂化作用，加强溶剂体系与PPTA之间的亲和，增加PPTA的溶解性，促进缩聚发应程度，以便使溶液中的聚合物分子链尽可能地长。Py等叔胺助剂的加入能明显提高聚合物的分子量，粘度可达5～7dl/g，从而可得到高强度高模量的纤维。但由于其气味大、毒性大、价格较高，以NH3 代替叔胺作为HCl吸收剂同样可取得很好的效果，而且价格低廉、毒性小。N－乙基吡咯烷酮/氯化钙（NEP-CaCl2）溶剂体系还未见相关的文献报道，本文将以此为溶剂进行PPTA的聚合。
2.2界面缩聚法
V.F.Shashoua，P.W.Morgan等分别利用界面缩聚的方法合成PPTA树脂。他们将TPC溶解在与水不相溶的有机溶剂中，PPDA溶解在水相中，当两种溶液相互混合时，在相的界面就发生缩聚反应生成聚合体，因为聚合体在两个溶剂里都不溶解就以沉淀形式析出得到一定比浓对数粘度的PPTA树脂。在界面缩聚过程中，界面层是发生缩聚反应的区域，水相中高浓度的二胺向有机相扩散，扩散速率决定着缩聚速度。因此界面的产生、更新及二胺的扩散速率等反应条件起了重要作用，对聚合物的相对分子质量影响很大。
2.3固相聚合法
国外对芳香族聚酰胺的固相聚合研究很多，进来又有新的进展。新开发的芳香族聚酰胺的固相聚合法由三种。第一种是以管状炉作为聚合设备，第二种是采用传送带，第三种是采用流化床进行聚合。固相聚合一般在较高的温度（500～560℃）下进行、较短的时间内完成。，一般反应时间只有几分钟。得到的聚合物的粘度很高，通常可达5.0dl/g以上。但由于其他竞争反应的存在，常使产物颜色变深。因此反应温度、时间及催化剂的选择变得十分重要。
2.4气相聚合法
据报道R.J.Angelo等,R. H. Ikeda等，Skin分别利用气相缩聚法制备出比浓对数粘度2～3dL?g-1的聚合体。由于HMPA有致癌性，七十年代末期，美国杜邦公司曾就PPTA的气相聚合法进行了研究。生产方法大致如下：将PPTA和TPC加热汽化在325℃下按一定的流速进入通有热的惰性气体的反应器中，摩尔浓度在7％左右，添加少量三乙胺可以避免支化和提高分子量，气相反应时间不超过5秒，反应器出来进入冷凝器冷凝，冷凝后在进入分离器中分离。该方法的优点是反应不需要溶剂，成品纯度高，但产物的比浓对数粘度通常较低，约2～3dl/g。 2.5微波辐射聚合法
微波辐射聚合已成功的应用于很多有机合成中，用于芳香族聚酰胺的合成也有尝试。以NMP作溶剂，PPDA 和TPC单体放入微波炉中照射，微波频率在2.45GHz左右，约50秒的时间可以得到聚合物。微波辐射法所需时间较短，一般在30～90秒之间，而且产率很高。在无搅拌、不排除反应副产物、较低的温度（250℃）条件下，其产物的粘度比相当条件下常规方法所得的聚合物要高。特定的催化剂配比对聚合物也有影响。这种方法还处于初步的研究阶段。
2.6络合聚合体系
采用络合物参与芳香族聚酰胺的缩聚反应能够形成某种反应中间体促进反应，或能够提高聚合物的溶解性而形成高效的反应体系。用加入催化剂的方法使反应单体与金属离子形成络合物，从而得到含有络合物的聚合物。这种含有金属络合物的芳香族聚酰胺在有机溶剂中的溶解性大大的提高，对于聚合物的后加工很有利。 3．制备PPTA纤维的新工艺、新技术
由于PPTA分子刚性较大，分子之间作用力非常强，决定了纤维具有非常高的熔点，而且具有非常好的化学
(3)分子中含有较多的极性基团，大分子呈伸直链构象，分子相互作用力非常强；
(4)大分子之间平行排列，分子之间空隙较小，相互作用力较强，从而刚性较好，模量非常高。另一
方面，由于PPTA纤维是通过各向异性的液晶溶液纺丝的，纤维轴向分子具有极高的强度和模量，
但由于分子间作用力强，分子间空隙较小，使得其在纤维轴垂直方向上压缩强度和耐疲劳性较差，
而且压缩后的纤维其拉伸强度也有明显下降。
结构决定性能，PPTA纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐化学腐蚀和比重轻等特性，是一种高性能纤维。其强度比一般有机纤维高3倍以上，其相对强度相当于钢丝的6～7倍；模量是尼龙的10倍，涤纶的9倍，钢丝的2～3倍，而比重只有钢丝的1/5左右，作为结构材料可以替代钢铁及钛合金等金属材料；它不溶于绝大多数有机溶剂，仅溶于浓硫酸、甲磺酸等少数溶剂中；PPTA纤维耐热性能接近无机纤维，在高温下不熔融，有很强的自熄性和阻燃性，它在高温下可以保持较高的强度，有较好的尺寸稳定性；同时由于PPTA纤维仍具有普通纤维的柔软性，不会因弯曲而折断，也不会因受热而变脆，从而可以纺纱织布。
PPTA纤维的种类和性能
品种 强度（GPa） 模量（GPa）伸长(%) 密度(g/cm3) 分解温度(℃) Kevlar29 2.9 67 3.5 1.44 550
Kevlar49 2.8 125 2.4 1.45 550
Twaron 2.9 80 3.6 1.44 550
Technora 3.1 70 4.6 1.39 500 SVM 4.2～4.5 125～150 3.2 1.43 550～600
Armos 4.5～5.5 130～160 3.7 1.43 550～600
T-100 3.2 230 1.6 1.79 －
E-glass 2～3 76 2.0 2.58 825
5 PPTA纤维的用途
由于其优异特性，芳纶纤维正逐渐由军用战略物资转向民用领域。全球对芳纶的需求呈现出不断增长的态势，世界芳纶总需求量2001年为3.6万吨，2005年超过5万吨，因此各个制造厂商也不断的增设新厂，扩大产量。目前世界上几种主要对位芳纶产品的产量见表。
世界主要对位芳纶品种及产量
商品名称 生产厂商 产量（t/a）
Kevlar 杜邦公司（美国） 25，200
Twaron 帝人公司（日本） 18，500
Technora 帝人公司（日本） 2，000
SVM 俄罗斯 1，000
PPTA纤维优异的特性决定了它应用的广泛性，可以作纤维单独使用，也可以作为橡胶、树脂、混凝土等的补强材料广泛应用于航空航天、国防、汽车工业及体育器材等各个领域。
5.1 在航天航空领域的应用
在航空、宇宙领域要求最轻量性。芳纶纤维树脂基复合材料用作宇航、火箭和飞机的结构材料,可减轻重量增加有效荷载和节省燃料。美国航天飞机中的17个高压容器、“三叉戟Ⅰ(C4)”潜地导弹和“MX”陆基洲际导弹的一、二、三级发动机以及“三叉戟(C5)”导弹的第三级发动机都采用芳纶环氧树脂复合材料制作;航天飞机中盛超低温介质的球形高压容器,采用芳纶环氧树脂基复合材料代替一般用超薄钛或锌铬合金作衬里,减轻了结构重量,节省燃料,还增加了有效载荷。美国杜邦公司的芳纶纤维主要品种Kevlar49已成功地用于制作波音757、767和协和式飞机的壳体材料、内部装饰件和座椅等,使重量减轻了30%。芳纶复合材料在美国洛克希德飞机公司的L1011运输机上用于高架仪表板、侧壁板和高跨货架等;
5.2 在汽车工业中的应用
由于对位芳纶的比重小，对橡胶有良好的粘附性，可供制造高速行驶或超重负载的汽车和飞机的轮胎帘子线。这种轮胎重量较轻，轮胎胎层薄，热量容易发散，使用寿命可以延长。目前杜邦生产的Kevlar纤维在西欧市场上，用于轮胎方面的约1000吨／年，原阿克苏公司生产的Twaron纤维用于轮胎也约1000吨／年。PPTA纤维还可用于制作汽车上挡泥板、保险杠、刹车片、离合器、减振缓冲器和各类软管，可大大降低车身自重，减少油料消耗。欧洲和日本最先采用芳纶增强复合材料制作大型载重汽车的车体，使车辆的质量减轻了一吨多且比钢铁更坚固耐用，显示出很好的经济效益。在汽车工业方面应用约占对位芳纶总量的20%。
5.3 在体育领域的应用
在体育领域里，芳纶纤维已大量用于制造赛艇、冲浪板、曲棍球棒、高尔夫球棒、标枪、射箭弓、雪橇、网球拍框以及赛车手的安全防护赛车服等。在该领域中，与碳纤维混杂使用的产品很多。碳纤维的高刚性和对位型芳纶优异的振动衰减性使其复合，是互补纤维欠缺的方法。
5.4 在建筑领域的应用
建筑、土木领域短纤维补强混凝土(FRC)，不必担心会生锈的对位型芳纶补强树脂线型FRP，作为钢筋的替代材料正在研究。幕墙、桥梁补强(预应力混凝土)、非磁性条件的直线电机轨道钡壁的补强材料正期待应用。作为软土堆补强材料方面，对位型芳纶/树脂FRP正在展开。阪神大地震以来，引人注目的是混凝土柱的补强、补修。作为补强、补修材料，虽然同钢板、碳纤维有竞争，但是对位型芳纶还在研究，据说有施工性好的成绩。
5.5 与电气有关的应用
在对位型芳纶的无纺布上，浸渍环氧树脂能使之固化，在表层贴上铜箔的印刷线路板基板用材料，最近，松下电器产业和麾下电子部件公司共同开发的小型高强度可实际装配的多层树脂基板“ALIVHTM”，也是用对位型芳纶的无纺布即高耐热性环氧树脂构成。据说，也相当期待用作手提电话、PHS搭载的印刷线路板基板。 5.6 在防护方面的应用
防弹背心、头盔、防刃材料、耐热工作服、防火地毯、阻燃织物、防剪切手套及椅套织物、耐切割手套等防护产品很多都使用对位芳纶。车用防护面板、车用防碰撞部件也使用对位芳纶。
5.7 在海洋、水产领域的应用
对位型芳纶以单独形式有很多用途，在海洋、水产领域可用作绳索、网材、渔网等。由于对位型芳纶耐侯性较差，很多用喷涂聚乙烯树脂和聚脂纤维等被覆使用。
上课周次：第（）周，第（7）次上课时数：（2）学时
图4.1 湿法纺丝设备流程图
1．浆液储罐 2．计量泵 3．烛心过滤器 4．喷丝组件
5．凝固浴槽 6、8、12．导辊 7．湿拉伸浴 9．水洗槽
10．干燥辊 11．拉伸热管 13．收卷
4.间位芳香族聚酰胺纤维的结构和性能
聚间苯二甲酰间苯二胺是由间苯二胺和间苯二甲酰氯缩聚而成,芳纶1313 纤维大分子中的酰胺基团以间位苯基相互连接,其共价键没有共轭效应,内旋转位能相对对位芳香族聚酰胺纤维低一些,大分子链呈现柔性结构,其强度及模量和通常的聚酯、尼龙相当。
芳纶1313 纤维的结晶结构为三斜晶系,亚苯基环的两面角从酰胺平面测量为30°。这是分子内相互作用力下最稳定的结构。芳纶1313 单元的结晶尺寸为: a = 0.527nm , b=0.525nm , c = 1.13nm ,α= 111. 5°,β= 111. 4°,γ= 88. 0°, Z = 1 。c 轴的长度表明它比完全伸直链短9 %。亚苯基2酰胺之间和C —N 键旋转的高能垒阻碍了芳纶1313 分子链成为完全伸直链的构象。它的晶体里的氢键作用强烈,使其化学结构稳定,赋予纤维优越的耐热性、阻燃性和耐化学腐蚀性。
芳纶1313 纤维的玻璃化温度为270 ℃,热分解温度为400～430 ℃。无论是在氮气还是空气氛围中,在400 ℃时纤维的失重小于10 % ,在427 ℃以上开始快速分解。芳纶1313 纤维有很好的耐焰性能,极限氧指数为29 %。在火焰中不会发生熔滴现象,而且如果在会熔滴的化学纤维中混纺少许的芳纶1313 纤维也能够防止熔滴现象。芳纶1313 纤维离开火焰会自熄,在400 ℃的高温下,纤维发生碳化,成为一种隔热层,能阻挡外部的热量传入内部,起到有效的保护作用。芳纶1313 纤维耐溶剂性能好,特别是有机溶剂,耐酸型好于尼龙,但比聚酯纤维略差,常温下的耐碱性很好,但高温下在强碱中容易分解。芳纶1313 纤维的耐辐射性以及耐昆虫和细菌的腐蚀性能也很好。
5．间位芳香族聚酰胺品种及应用
聚间苯二甲酰间苯二胺可以制成纤维、纸、膜及其他成型物,用途极广,主要有以下几种:
易燃易爆环境下工作人员使用的防护服,这种耐高温防护服国外已广泛用于铁矿、金属、钻井、化学、核工业、电力、石油等领域,也用于赛车服、宇航服、工作手套等;公共建筑或交通运输工具中的室内用品,如芳纶1313 地毯已用于波音飞机;制作工业滤材、填料,我国黑色冶金行业、铝行业、电力和燃煤锅炉、建材行业、化工行业等,年需滤材约1000 万平方米。制作耐高温绝缘材料,例如耐高温、耐燃输送带,宇航、航空和船舶工业上有着广泛的应用的蜂窝结构护墙材料。这种材料的强度/ 质量比与刚度/ 质量比约为钢材的9 倍,且又抗燃、耐腐蚀、耐溶剂和耐多种化学药品,并在湿态下仍保留其强度,抗冲击性及高负荷下的回弹性优良,本身又易于加工和制备,因此得到广泛的应用。
二．芳香族聚酰胺（PPTA）浆粕
1．PPTA浆粕的结构和性能
1972 年美国杜邦公司首先推出高性能材料Kelvar ,PPTA(P2Phenyleneterephthalamid) 纤维,其分子结构上的酰胺基团被芳环分离且与苯环形成П共轭效应,内旋位能相当高,分子链节呈平面刚性伸直链,使其具有极
高的拉伸强度(仅次于玻璃纤维、石墨纤维和PBI 纤维) 和优异的耐热性和韧性,同时它还有良好的耐强碱性、耐有机溶剂和耐漂白剂性能以及抗虫蛀和霉变,因此,尽管开发芳纶的初衷是用于航天,但它现已广泛用于消费
纺织品和产业用纺织品,芳纶的产品规格也走向多样化、差别化。芳纶浆粕正是近年来发展起来的芳纶差别化产品,它是20 世纪80 年代初美国杜邦公司首先开发出的一种高度分散性的原纤化的芳纶产品。它的兴起主要是作为石棉的理想替代纤维而与玻璃纤维及碳纤维竞争用于密封材料、塑料增强、摩擦材料等领域,随着欧美等地区开展禁止使用石棉的环境保护运动,芳纶浆粕得到迅速发展,如荷兰Akzo 公司的Twaron2Pulp1099、日本帝人公司的芳纶浆粕等。
PPTA浆粕纤维是PPTA 的一种差别化产品, 其化学结构与PPTA 相同, 因此, 它保留
了PPTA 绝大部分的优异性能, 如耐热、耐磨、尺寸稳定等性能, 但由于其成型工艺的独特性又使其具有一些区别于PPTA 长纤维的物性。
1F368 1F356 1F358 Nom inal length
0.8 2.0 5.0
(mm)
M esh 14 (% ) 2 12 45
M esh 35 (% ) 22 23 20
M esh 80 (% ) 33 25 11
M esh 200 (% ) 43 40 24
Specific surface
8.5-9.5 6.5-9.5 5.5-7.0
area (m/g)
芳纶浆粕的密度为1. 41 g? cm 3～ 1. 42 g/cm3, 比PPTA 长纤维略小, 表面呈毛绒状微纤丛生, 毛羽丰富, 粗糙如木材浆粕, 纤维轴向尾端原纤化成针尖状, 这使其表面积巨大, 达7m2/g～ 12m2/g, 是长纤维的10 倍以上。浆粕纤维的长度和直径呈一定的分布, 平均长度为2 mm～ 4 mm , 长径比为60～120, 表面氨基含量也是长纤维的10 倍以上, 从而使其与酰胺类的复合树脂有很好的亲和性,也能在浆粕的界面与某些树脂形成氢键, 可以增强复合效果。
芳纶浆粕的另一个显著优于炭纤维及玻璃纤维的特点是, 分散混合性能良好, 而且具有很好的韧性, 因此无论在如何激烈的混合加工过程都不会发生断裂, 不会降低复合纤维的长径比, 这一点一直是炭纤维和其它矿物纤维难以解决的问题。同时毒性试验也表明, 芳纶浆粕纤维不会给生产者和用户造成值得注意的健康危害, 它在温度高达400 ℃时仍无CO、CO2 和HCN 等有毒气体产生, 在800 ℃时才测得1% 的HCN、13%CO 和15%CO2 产生。
2．PPTA 浆粕的制备
随着对芳纶浆粕纤维应用的开发, 对其制备技术要求也越来越高。目前, 工业化的芳纶浆粕的制备技术仍只有H2SO4 溶液液晶纺丝切割法, 但浓硫酸对设备腐蚀严重且加工工艺复
杂, 成本较高; 低温溶液聚合技术解决了上述问题, 但所得的浆粕纤维存在着粗细分布较宽, 且浆粕的直径和长径比明显地取决于制备条件,特别是酰胺-无机盐-叔胺聚合溶剂体系, 因需使用大量的叔胺如吡啶, 给工业化生产带来一定的困难, 而不含叔胺的聚合溶剂体系, 还存在着所制得的芳纶浆粕的特性粘度较低、工艺不够稳定等问题, 但由于低温溶液缩聚略去了高腐蚀性的浓硫酸作为溶剂, 而且工艺相对简单,此技术的前景相当乐观。制备芳纶浆粕的技术仍处于研究开发阶段, 今后的研究工作应主要步提高产品的性能价格比。芳纶浆粕纤维的制备技术主要有PPTA 的硫酸液晶溶液纺丝法和低温溶液缩聚法, 而后者又有不同的溶剂体系及多种工艺方法。
3．PPTA 浆粕的应用
3.1用于造纸
芳纶浆粕纤维因兼有优异的湿加工性能和增强性能而被广泛用于工业造纸。浆粕在水中很易分散抄纸,且浆粕原纤的高长径比提供了芳纶浆粕强度,除了能够改进弹性基体的拉伸强度、模量以及抗蠕变等性能外,由于其热膨胀系数小、质轻、电性能优而适合做高级绝缘用纸及需尺寸稳定性极高的印刷集成电路板,芳纶浆粕的轻量化高密度元件,可用于卫星通信线路、高速传递回路等电子产品。
3.2在橡胶制品中的应用
通过芳纶浆粕与橡胶复合,可以将橡胶的弹性与纤维的强度、刚性有机地结合起来,得到一种新的、非常有用的工程材料,与长纤维增强材料相比,既可用于制造形状和结构复杂的工程部件,又可采用现在橡胶工业上广泛应用的挤出和传递模压工艺,无需对现有的橡胶加工设备做重大改动,从而可以大大简化橡胶制品生产工艺,提高生产的自动化和连续化,降低产品成本。其在橡胶制品中的应用主要有以下几方面。
制造橡胶软管。芳纶浆粕纤维橡胶复合物可以直接挤出成型,制成各中、低压管,从而大大简化生产工艺,降低产品成本,即使用于高压胶管中,也可降低编织层数和编织密度,很有经济意义。
制造动力传送带、运输带和坦克履带。可用芳纶帘子线提供其主要的抗张强度,高模量的芳纶浆粕纤维则赋
予垂直于帘子线方向的刚性,提高其纵向柔性,改善皮带与带轮之间的摩擦性能。
制造各种密封件,芳纶浆粕的加入,能显著改善橡胶基质的尺寸稳定性、耐温、耐压和抗蠕变性能,从而提高密封件的密封性能,延长其使用寿命。
制造轮胎、自行车胎,可大大改善越野车胎的抗撕裂性、降低裂纹扩散速率和疲劳生热量,提高耐磨性,延长使用寿命。可用作导弹和火箭的耐烧蚀性绝缘材料。由于芳纶具有不熔、高温下碳化的性能,少量芳纶浆粕纤维的存在即可提高橡胶基质的烧蚀性能。
制造各种胶辊,可以保持胶辊的尺寸稳定性。芳纶浆粕还可用于制造各种吸能、减振、抗冲击器件。
3.3用作石棉纤维替代品
石棉是一种兼有多种优异性能的无机纤维,如高抗张强度、韧性、耐热、耐化学试剂、尺寸稳定及稳定的摩擦性能等,因而被广泛用于摩擦材料、密封材料、填料等工业领域,但它的使用会引起公害,使人们不得不努力寻找替代品。美国杜邦公司的科学家推出芳纶浆粕纤维,且从其特征、成本、制品几方面深入研究,认为芳纶浆粕的高拉伸强度、轻量化、长期的耐磨耗性及稳定的摩擦性能、高耐热性,能够满足摩擦材料对增强纤维的要求,而且加工性能良好,1 kg 芳纶相当于20 kg 石棉,在价格上也有竞争潜力,是比较理想的替代品。目前芳纶浆粕纤维已在制动器衬片、汽车离合器及刹车片等方面得到应用。
芳纶浆粕纤维还可在密封填料、建筑、绝缘材料等领域中替代石棉纤维。
3.4用作触变剂
在密封材料和粘合剂工业中,要求假塑性基体在低剪切作用下具有较高的粘度,具有一定的流动阻力,而在
较高的剪切作用下具有较低的粘度以便使其易泵抽甚至能够进行喷雾。ArnoldFrances 等报道了芳纶浆粕可作为一种新型的高性能的触变剂,与石棉相比,它的使用更具有安全性,与发烟二氧化硅相比,价格较低。它在低剪切作用下具有优异的增稠效果,在高剪切作用下几乎和没有加入浆粕的树脂的粘度相近,并且它在很宽的温度范围内都具有这种流变性质,不受加工条件的影响,同时还提供基体很好的增强效果,因此,芳纶浆粕纤维可以作为触变剂和增强剂而应用于密封材料、粘合剂及涂料、油漆等。
三．改性PPTA纤维(Technora 纤维和Armos 纤维)
Technora 纤维
1.1Technora 纤维结构和性能
日本帝人公司，工业科学技术厅以及南朝鲜Kolon 公司通过在PPTA主链上引入3,4’-二氨基二苯醚结构，得到的共聚酰胺纤维保持了PPTA纤维的强度和模量，显著地改善了溶解性能，耐疲劳性能。
他们均采用共聚物的N-甲基吡咯烷酮（NMP）溶液直接成纤，这种纤维的强度、模量很大程度上取决于成纤后处理，未经热延伸的原丝强度、模量相当低，但是成纤以后经过热处理得到高强高模量、高延伸率的纤维，帝人公司的产品Technora 其性能均超过Kevlar29。值得注意的是，此共聚芳酰胺在拟熔点Tm 之上热拉伸效果最佳。Cageao等人从链构象的角度，针对Technora 进行研究，认为1,3 位苯取代和醚键的存在，在链中形成扭接（kink），这些扭接在一定条件（温度、拉力）下，可能形成完全伸直链构象，即在一个扭接与下一个扭接反转，形成一个Zig 构象，而接下去又形成Zag 构象。因此，从理论角度看，当这种柔性结构含量达到一定值时，共聚芳酰胺主链结构又有可能形成Zig-Zag 结构，而导致强度、模量和伸长率随着第三单体加入出现峰值。 1.2改性PPTA共聚物的制备
1.1.1 无规共聚物的制备
在反应釜中加入一定量的DMAC 或NMP，在氮气保护下加入一定量的无水CaCl2，升高温度，待CaCl2 完全溶解后，冷却至室温，加入一定量的PPD 和3，4’- ODA，搅拌溶解后，将溶液冷却至-10℃～-5℃，然后加入等摩尔的TPC 剧烈搅拌，待出现爬杆现象后，将体系温度升高到一定温度反应一定时间，加入Ca(OH)2 中和，得到聚合物原液。
1.1.2 不同加料方式下共聚物的制备
所谓不同的加料方式，即在体系中先加入一定量的一种二胺，然后加入一定量的TPC，使二胺先生成一定链长的预聚体，然后再与其余的二胺和TPC 反应，这样得到的聚合物，其大分子的序列结构发生了改变，相应的聚合物性能也发生改变。
1.3Technora 纤维的制备
Technora 是将得到的聚合物溶液直接进行湿法纺丝得到的。将低温溶液聚合得到的浆液进行干湿法纺丝初步探索，即通过模拟纺丝，采用孔数较少的喷丝板（孔数<10）在一定压力下进行纺丝，将挤出的丝条在凝固浴中凝固，并在热水槽中进行一定倍数的拉伸、水洗，
干燥后卷取。采用的干湿法纺丝设备流程如图
干湿法纺丝工艺流程图
1．浆液储罐 2．喷丝头 3．凝固浴槽 4、6、8、10．导辊
5．热水浴 7．水洗槽 9．拉伸热管 10．干燥辊 11．收卷
Armos纤维
Armos纤维是一种新型的高性能特种纤维，是全俄合成纤维研究院与特威里化学纤维 J/S 公司共同设计的。由苯并单咪唑二胺改性的芳纶材料，属于杂环芳纶系列，是目前世界上所有已经工业化生产的芳纶材料中力学机械性能最好的一种，该种芳纶上世纪八十年代在前苏联开始进行研究，成熟定型于九十年代的俄罗斯，现在是俄罗斯最普遍使用的芳纶材料。国内使用该单体的芳纶被命名为芳纶Ⅲ，即所谓第三代芳纶。Armos纤维是由莫斯科米基希（Мытици） 市全俄化纤研究院上世纪 70 年代末首先研制成功并中试生产，1985 年在特威尔化纤公司建成生产基地并工业生产。1977年，日本帝人公司注册专利的杂环芳纶的结构式中也有Armos。目前圣彼得堡国立工艺设计大学和俄国工程科学院的特威里地区中心一起正改进其现有生产工艺并扩大至应用研究。
Armos纤维根据其类型的不同，强度为4400－5500MPa，比对位芳酰胺纤维高 30%－50% 模量为135 －
145GPa ，密度 1.43 - 1.45g/cm3，比强度 320－380km 即如果将该纤维悬在空中此长度可保持其自重。它可耐250℃，短时间可耐 300℃，在300-350℃开始收缩，在400- 450℃收缩 3%-4% ，它基本上不燃，LOI 值为38%-42%，比对位芳酰胺纤维高 10 -12 单位，吸湿性在相对湿度 65%和20℃ 条件下为 3.5%。
Armos 纤维的用途有复合材料、飞行器结构材料、纤维缠绕容器、高压气球消防服、登山服、柱塞摩擦材料、汽车刹车片、代石棉用品、火箭外壳增强橡胶，如高压软管、橡胶带输送带、防护织物、缆绳、高荷载船货带、救捞用品、耐切割材料、伐木工仪器、研磨和铸工的防护部件。最近出现的新产品为短纤维用于加工成线和织物。
上课周次：第（）周，第（8）次上课时数：（2）学时
教学内容聚苯并 唑（PBO）纤维
教学目的
了解聚苯并噁唑纤维的结构和性能。
和要求
教学的重
聚苯并噁唑的合成方法。
点和难点
教学手段说
多媒体手段上课
明
参考资料《高科技纤维概论》，第十一章，p363－370
布置作业掌握本课内容；预习下节课内容：PBI和PPS纤维 。
备注
教学过程：
四聚苯并唑（PBO）纤维
1．PBO纤维的发展简介
PBO 是聚对苯撑苯并双口恶唑( Poly - p -phenylene benzobisthoxazole) 的简称, 是一种液晶芳香族杂环聚合物。PBO 是由美国空军空气动力学研究所首先开发的,美国斯坦福大学研究所(SRI)拥有聚苯并唑的基本专利,道(DOW) 化学公司取得其全世界实施权并进行工业化开发。1990 年日本东洋纺公司从美国道化学公司购买了PBO专利技术,1991 年由道一巴迪许化纤公司在日本东洋纺公司的设备上开发出PBO 纤维。1994 年,日本东洋纺公司得到道一巴迪许化纤公司的准许,出巨资30 亿日元建成了400 t/ a PBO 单体和180 t/ a 纺丝生产线,并于1995 年春开始工业化生产,1998 年生产能力达到200 t/ a ,其商品名为柴隆(Zylon)。至今日本东洋纺仍然是现在世界上唯一一家可以进行商业化生产PBO纤维的公司。
2．PBO的合成
PBO 纤维有以下几种合成方法:
1. 对苯二甲酰氯法,
用对苯二甲酰氯与4 ,6 - 二氨基间苯二酚盐酸盐在多聚磷酸介质中反应;
2. 三甲基硅烷基化法；
采用4 ,6 - 二氨基间苯二酚盐酸盐与三甲基硅氨烷为原料反应得中间体,再与对苯二甲酰
氯进行加热反应；
3. 对羟基苯甲酸酯法
采用对羟基苯甲酸甲酯为原料在混酸作用下,于室温下反应得中间体,在多聚磷酸介质中经二甲基乙酰胺溶剂缩聚反应;
4. 多聚磷酸法
目前PBO 纤维的合成大多采用此方法,是由4 ,6 - 二氨基间苯二酚盐酸盐与对苯二甲酸以多磷酸( PPA) 为溶剂, P2O5为脱水剂进行溶液缩聚而制得,PPA 既是溶剂,也是缩聚催化剂;但是此方法中较难的一步是4 ,6- 二氨基间苯二酚盐酸盐的制备,其合成方法有:三氯苯法、二氯苯法、间苯二酚法、苯胺法、间苯二酚磺化氯化法、间苯二酚磺化法等。
3．PBO的纺丝及后处理
PBO纤维的制备分为复合盐制备、聚合物合成和纺丝3 个阶段。复合盐由单体盐、对苯二甲酸、添加剂制成。单体盐为4,6- 二氨基间苯二酚的盐酸盐。DAR复合盐和多聚磷酸、五氧化二磷混合，在搅拌加热的状态下进行缩聚，缩聚完成后的聚合物进入双螺杆挤出机挤出，经过空气层，在喷头进行一次拉伸，大分子链沿着纤维的轴向取向，形成刚性伸直链原纤结构。而后经过洗涤过程，除去纤维中的磷酸，经干燥后卷绕成型。在张力的作用下600 ℃左右对纤维进行热处理，可以进一步提高纤维的模量。
PBO纤维的性能决定于其特殊的结构。PBO纤维液晶的形成强烈影响溶液中分子的排列，进而影响最终纤维的结构；凝固过程及张力作用下的热处理对纤维结构也会产生重要作用。因此PBO纤维的生产重点在于聚合、喷头拉伸、凝固和热处理4个阶段。
主要步骤：
以4,6-二氨基间苯二酚盐酸盐、对苯二甲酸钠为原料，将DAR盐制成水溶液而后加入对苯二甲酸钠，搅拌混合，加入活性炭除色，添加还原剂，而后经过过滤、干燥后制成复合盐。二氨基间苯二酚复合盐以多聚磷酸为溶剂，加入五氧化二磷，加入聚合反应器中，在强力搅拌的情况下进行聚合约10～15 h。而后移入双螺杆挤出机，聚合产物经过螺杆挤出机挤出后，通过喷丝板进行喷头拉伸，经过气层后进入水或者磷酸水溶液中冷却成型，而后用洗液洗去磷酸，干燥，卷绕成型。纤维抗拉强度的测试条件为：夹持距离10mm，速度为10 mm/min。
PBO的纺丝过程采用干喷湿法纺丝。这是现在高性能纤维较为普遍使用的纺丝方法。与传统的湿法纺丝相比，大大提高了喷丝板的温度。PBO从喷丝板喷出后，采用先拉伸，而后进入凝固浴进行冷却凝固的方式。凝固浴可以采用磷酸的水溶液或者软水。经过实验表明，采用磷酸水溶液可以减缓磷酸脱除的速度，有利于纤维内部孔隙的闭合，形成致密结构的纤维，获得的最终纤维的抗拉强度较高。因此凝固浴以采用磷酸水溶液效果较佳。
4.PBO 纤维的结构和性能
PBO 纤维具有4 大超级特殊性能:即比强度、比模量、耐热性和阻燃性。PBO 纤维具有优良的力学性能,它作为有机纤维中高特性的新一代超级纤维, 已引起了人们的极大关注。目前PBO 纤维分为两种:把纺织性的丝称为AS;把提高弹性模量经热处理的丝称为HM。采用空气间隙—湿法纺丝法制得的PBO 纤维,其强度、弹性模量约为对位芳纶纤维Kevlar - 49 的2 倍, PBO作为直链高分子,具有极限弹性模量。PBO 纤维以其卓越的性能在光纤张力构件、耐力构件和航空航天方面的应用正在不断深入研究开发。
4.1 耐热性
PBO 纤维耐热性相当高,热质量分析结果表明在空气中的热解温度为500 ℃以上,PBO 纤维
在1000 ℃仅分解28 % ,其极限氧指数(LOI)为68 ,在有机纤维中为最高值。在316 ℃下经100 h 仍能保持其质量不变,工作温度可达330 ℃左右。
4.2 强度和模量
PBO 纤维有较好的强度和模量,强度为3. 70N/tex 、模量为176. 4 N/tex ,强度和模量均超过钢丝,强度约为钢丝的14 倍,模量为钢的1.4 倍,而相对密度仅为1. 52～1. 55 g/ cm3 ,为钢的1/ 5 ,以工程单位计,其力学性能优于钢丝,是合成纤维中力学特性唯一超过钢丝的。PBO 纤维的力学性能大体为对位芳酰胺纤维的2倍,而成纤细度又比Kevlar 小12. 3 % ,据统计,一根直径为1mm PBO 的细丝可吊起450 kg 的重量,其强度是钢丝纤维的10 倍以上。
4.3 阻燃性
PBO 纤维的平织物经垂直法燃烧试验证实,它在接触火焰时不燃烧、不收缩,移去火焰后基本
上无残焰,布料的柔软性基本不变,其性能尽管与无机纤维相近,但不脆,耐屈折性好,可用于制备
短纤维、短切纤维、纺织丝、毡和纺织物等。另外,PBO 纤维还有很多优越性,蠕变性能方面,PBO 纤维在50 %断裂载荷下,100 h 内的塑性变形不超过0. 03 %;冲击能量吸收方面,PBO 复合材料吸收冲击能量约为对位芳纶复合材料的2倍;耐磨性能方面,在相同载荷水平下,PBO 比对位芳纶的耐磨性优良;耐化学腐蚀性能发面,除强酸外不溶于其他溶剂等。正是由于以上的各种特性,决定了PBO 纤维在某些特殊领域的用途,如航天、体育器材、光缆等方面。
5．PBO 纤维的应用
5.1 高模量材料
PBO 作为高模量工业材料以长丝和超短纤维形式存在,长丝用作张紧材料、网球、快艇、赛艇、竞赛标准帆布等体育器材。超短纤维用作各种树脂、工程塑料的增强材料,使材料的抗张力性能增加。
各种张紧材料:利用PBO 纤维的高模量、尺寸稳定性、绝缘性,可望作为光纤的加强件,它可
使绳索、缆绳的直径减小,或者采用相同直径绳索而使通信容量增加。还可用作柔性印刷线路板基板、光缆及其补强材料、塑料光纤计算网络、防辐射手机外壳、电磁波屏蔽材料、防尘防静电工作服、超净室高效空气滤材
等。在橡胶增强领域可以替代钢丝作为轮胎径向的辅强纤维,可使轮胎轻量化,且抗张力增加,起到节省能量的作用。
高性能帆布:竞技赛艇用帆主要是用高强、高模纤维制成的片状薄板式制品制成的。为使帆布在受到风吹时具有最小限度的变形程度,就必须寻求模量最高的纤维来制造赛艇用帆,PBO 优良的力学性能在此得到了很好的应用。
体育休闲器材:利用PBO 纤维质轻、高模等特性,制成高尔夫球杆、网球拍、滑雪杖、滑雪板、
冲浪板、弓弦、竞技型和花样型帆板、比赛或旅行用自行车等运动用器材,投放市场之后受到了广泛好评。 5.2 高强度材料
PBO 作为高强度工业材料主要以长丝形式存在,主要用作航空航天材料;轮胎、胶管、输送带等橡胶制品的补强纤维;弹道导弹和复合材料的增强组分;光学纤维电缆的抗张力组分和光缆的保护膜;电热线、耳机线等各种软线的增强纤维;绳索补强纤维;防弹材料及各种塑料和混凝土等的补强材料等。
桥梁建筑方面:近年来在欧美、日本等发达地区和国家的高层建筑、大型桥梁、海洋工程等建筑领域广泛使用。将纤维布或芳纶浸渍环氧树脂粘贴于混凝土表面可以大幅度提高原结构的承载能力,提高抗地震能力。这种加固技术在建筑物功能改造地震、火灾造成的损坏以及不良的设计和施工的修复、修正中广泛使用。它可以补强各种形状如圆、方、曲面及各种部位如梁、板、拱、壳、柱、墩等。这种技术不改变原有结构的尺寸,而且耐酸、碱、盐,是一种简洁、高效的补强方法。另外,钢丝缆绳由于其自重问题而不能用于长度较长的桥梁,因此希望用体质量轻而强度高的缆绳,比强度高、尺寸稳定性好的PBO 纤维就比较适合。
航空航天方面:在宇航方面,为了减轻有限的负担,特别需要比强度高的材料,PBO 适合于做宇宙空间使用的扣子、带子等。特别引人注目的是,预定2006 年作为探测金星用的遥控气球的材料将采用PBO。在宇宙空间,从-10 ℃到地表温度460 ℃这样大范围温差环境下,PBO 可以成为这
种耐热性气球用材质。
军工方面:可以加工成坚硬和柔性防弹装甲材料,如战斗机机身、防弹头盔、防弹服、降落伞等。
5.3耐热材料
PBO 纤维作为耐热材料以短纤维形式存在,用于铝材、玻璃生产过程中的抗热减震材料,高温
过滤袋、热保护皮带等。PBO 纤维在耐热材料领域内正在替代传统材料石棉;另外,正在试探用
PBO 纤维在350 ℃以下领域替代芳香族聚酰胺等难燃纤维,在350 ℃以上领域替代不锈钢纤维或
者陶瓷纤维等无机纤维。由于无机纤维比较硬,制品容易出现伤痕,影响了它的用途,而有机纤维
比较柔软,完全有可能解决无机纤维的缺点。以往的有机纤维耐热性不够,多在400 ℃以下,从而
限定了有机纤维的应用和发展,而PBO 的分解温度达到650 ℃,是有机纤维中耐热温度最高的。因此,在以往难以使用有机纤维350 ℃以上的高温领域,使用PBO 纤维是完全可能的,使耐热材
料有了进一步的发展。
5.4阻燃材料
PBO 纤维具有很好的阻燃性, 接触火焰之后炭化也很慢,安全性很高,作为消防服用衣料是比较合适的。利用其优良的难燃性,完全有可能成为制作消防服及耐热工作服、安全手套,安全靴等的衣料。
PBO 纤维在其他领域还有很多用途,如电绝缘材料、卫星探测、轻体材料、汽车工业、深海油田开发等方面较大的应用;作为高速列车车体不但可以减轻车身重量,还可以使车身强度增加,利用PBO 纤维的耐化学腐蚀性制备耐腐蚀保护服。
上课周次：第（）周，第（9）次上课时数：（2）学时
液因氧化交联而出现凝胶现象，需要在溶解及纺丝过程中保持非氧化条件。另外，在存放过程中原液中的PBI 可发生结晶并析出， 导致纺丝原液不稳定，所以可在纺丝原液中添加 1%－2% 氯化锂，能有效地抑制 PBI 结晶，提高原液稳定性，纺丝成形后水洗时纤维中的氯化锂被除去。
PBI纺丝流程图
3.聚苯咪唑纤维的结构和性能
通常的 PBI 是无定形聚合物，但在高温下用苯酚或苯酚水溶液加压以及室温下用甲酸水溶液处理时均可发生结晶，结晶度随温度升高或苯酚浓度增大而增大。拉伸取向后的 PBI 纤维，即使用苯酚水溶液处理后仍能保持原有的取向度，但若用纯苯酚处理，则纤维的取向度明显降低。随着纤维取向度增大，纤维的强度和模量都相应提高。
热分析的结果表明，PBI 纤维具有很高的玻璃化转变温度（Tg） ，在 400℃ 以上。PBI 纤维为金黄色， 经酸处理后纤维密度由1.39 提高到 1.43g/cm左右。PBI 纤维手感柔软,吸湿性强于棉、丝及普通化学纤维，因此其织物具有良好的服用舒适性。
PBI 具有突出的耐高温和耐低温性能， 如将PBI 纤维在 500℃ 氮气中处理 200min，由于相对分子质量增大及发生交联等，其 g 可提高到 500℃ 左右； 即使在 -196℃ 时 PBI 纤维仍有一定韧性，不发脆。，将PBI 纤维暴露在 300℃ 高温环境下 24h 后，其热收缩率仅为 3%。
在 570℃ 和 900℃ 之间，PBI 纤维氧化降解时释放的气体中，大部分为 CO2（84.3％ ） 和水（14.3％），其余为 CO（1％）、NOx（0.4％ ）和微量的 HCN、（CN） /CH3CN 混合物及 SO2
等。在 570℃ 以下，分解的气体主要为 CO2（ 70％）、H2O（29.5％）、CO（0.3％）以及上述微量含氮化合物。在惰性气体中降解时，PBI 纤维的分解产物为水、甲烷、丙烯及苯氰、氰氢酸等。
PBI 纤维具有良好耐化学试剂性， 包括耐无机强酸、强碱和有机试剂。即使经 400℃ 以上高温硫酸蒸气处理，PBI 纤维的强度仍可保持初始强度的50% 左右。另外，PBI 纤维耐蒸汽水解性很强，如将 PBI 纤维在 182℃ 高压蒸汽中处理 16h 后，其强度基本不变。
上课周次：第（）周，第（10）次上课时数：（2）学时
教学内容芳香族聚酯纤维和聚酰亚胺纤维
教学目的
了解芳香族聚酯纤维和聚酰亚胺纤维的制备、结构性能以及应用。
和要求
教学的重
液晶纺丝原理。
点和难点
教学手段说
多媒体手段上课
明
参考资料《高科技纤维概论》，第十章，p349－362
布置作业掌握本课内容；预习下节课内容：碳纤维 。
备注
教学过程：
芳香族聚酯纤维和聚酰亚胺纤维
芳香族聚酯纤维
聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT) 作为一种结晶性的饱和聚酯, 具有耐高温、耐湿、电绝缘性能好、耐油、耐化学腐蚀、成型快等特点, 而且价格适中; 与其他工程塑料相比, 合成技术难度较低。PBT 作为热塑性工程塑料,主要用于电子电器、汽车和机械等领域。它可在较宽温度范围内保持良好的力学性能, 且耐热、耐化学药品, 电性能优良。PBT 填充玻璃可提高其刚度和强度。在加工方面, PBT 具有良好的模塑流动性, 且结晶速度快, 因而成型加工周期短, 可大大降低加工费用。PBT 也可作为纤维应用于纺织等领域。PBT 纤维弹性优良, 手感柔软舒适, 易着色,
具有其他合成纤维的诸多优点。
PBT 生产技术路线可分为酯交换法和直接酯化法。酯交换法生产工艺以对苯二甲酸二甲酯和1 ,4 2丁二醇为原料, 先进行酯交换反应, 生成对苯二甲酸二丁酯, 并脱除甲醇, 然后再进行缩聚反应生产PBT , 其中又有间歇式工艺和连续式工艺之分。间歇式工艺设备简单, 易于调控, 适用小规模生产, 但各批次产品质量可能有差异, 产品质量稳定性差; 连续式工艺采用管式或螺杆式反应器, 效率较高, 质量稳定, 适于较大规模生产。直接酯化法生产工艺以精对苯二甲酸和1 ,4-丁二醇为原料。该工艺流程短, 设备投资较低, 能耗也较低, 但需妥善解决1 ,4-丁二醇脱
水问题。由于反应条件比较苛刻, 反应介质酸性强,部分1 ,4-丁二醇脱水环化生成四氢呋喃, 对产品质量产生不利影响, 因此直接酯化工艺对反应体系的控制要求比酯交换法高很多。
PBT 以往主要用于电器的连结件、外壳等注塑制品, 新开发的流延及吹塑级树脂具有高结晶
性、高流动性、较好的耐热性、易于多层共挤等优点。用其制成的薄膜具有高强度、高耐热、高透明、高光泽、耐磨、耐酸、耐潮、保香等特性。以30μm厚的PBT 与30μm 厚的LLDPE、12μm 厚的PET 相比较, 其薄膜拉伸强度分别为LLDPE 和PET 的4～5倍。同样是25 μm 厚的薄膜, PBT 的氧气透过率与PET 相同, 水蒸汽透过率略高于PET。PBT 作为多层共挤出薄膜的表层尤为理想, 非常适合于包装调味品、泡菜、火腿肠、咖啡及浓香型日用化学品等。
PET 纤维是由有机的二元酸和二元醇缩聚而成的聚酯纤维,一般采用熔融纺丝法制成。因
为PET 的分解温度高于熔点,所以,在纺丝时必须把聚合物加热成熔体,从喷丝孔喷出冷却成丝,
经处理后成为纺织原料。PET 纤维的主要品种是涤纶,即聚对苯二甲酸乙二醇酯。1941 年英国
首先研究出这种纤维,称为特丽纶,美国生产的叫达可纶。PET 纤维的生产在世界各地迅速发展,
1960 年年产量超过聚丙烯晴纤维,1972 年又超过聚酰胺纤维的产量而成为三大合纤的第一大品
种。
PET 纤维从开始生产到现在,已经过半个多世纪,前半期是着重于提高生产能力,后半期把重
点放在纤维性能的开发上。就现在而言, 由于PET 纤维的吸湿性太差,对纺织面料的穿着舒适性有一定影响,所以对PET 纤维的吸湿改性是PET 纤维研究的一个重要方向。PET 纤维的研究开发是个前沿课题。
PTT是聚对苯二甲酸丙二醇酯的简称。它作为聚酯纤维族之一, 是一种新型聚酯纤维材料, 集良好的可加工性、机械性、热塑性、延伸性、高弹性、尺寸稳定性和染色性等性能于一体, 优于PET ( 涤纶) 、PA6 ( 锦纶6) 。PTT 不仅可用于纺织纤维, 还可广泛应用于工程塑料、薄膜等领域, 预计PTT 的应用价值将愈来愈受到人们关注。
PTT 纤维的工业化生产只有10 年的历史, 美国的Shell 公司、杜邦公司, 日本的旭化成、东丽、帝人公司以及正在掀起开发热潮的韩国Huvis、晓星和Sehan公司等国际著名的纤维企业都花费巨资投入这一新纤维的制造和纺织制品的开发应用; 我国台湾省也开始工业化生产, 并且掀起高潮; 国内已有企业开始进行批量生产PTT FDY ( 全取向丝) 、DTY ( 低弹丝) 、BCF( 膨化丝) 等长丝, 并用于服装面料和地毯的制造。
PTT 纤维是由对苯二甲酸( PTA) 和1, 3- 丙二醇酯( PDO) 经酯化缩聚制得。由于在化学结构上的聚对苯二甲酸1, 3- 丙二醇酯比PET 多一个亚甲基(—CH2—) ,分子的结构特征是甲基呈螺旋型构象排列, 分子链呈Z 状。
综上所述, PTT 纤维不仅具有优良的物理特性,且具有与其他纤维的兼容性, 易于混纺。用PTT 纤维制作的服装或PTT 纤维与其他纤维混纺制作的服装, 穿着贴身舒适、活动自如; 触感柔软; 具有良好的悬垂性、拉伸性、回复性; 易洗、快干、免烫。PTT 纤维的性能符合现代人们快节奏和个性化的生活要求。另外PTT 纤维弹性回复性、耐污性、蓬松性、低静电性、耐磨性、低吸水性等优良的物理特性均好于目前制造地毯的原料PA、PP (丙纶) 纤维。PTT 纤维的生产工艺与其他热塑性聚合物的熔融纺丝相类似, 经切片干燥、熔融、挤出、拉伸( 定型) 、卷绕等工艺步骤制造而成。我国化纤工业拥有与发达国家同步、先进的聚酯切片和熔融纺丝等加工设备, 并有长期生产PET、PA 纤维的经验, 预计不久的将来, 具有优良性能和较低加工成本的PTT 纤维将逐步代替PET、PA, 成为21 世纪产量最大的合成纤维。
聚酰亚胺纤维
高性能的有机高分子纤维在近几十年中得到了迅猛的发展,目前市场上经常看到的有高强高
模聚乙烯纤维、芳香族聚酰胺纤维( 典型代表是杜邦公司的Kevlar系列) 、聚对苯撑苯并双恶唑纤维( PBO) 等, 目前聚酰亚胺纤维又成为下一个重点开发的高性能纤维之一。
1．聚酰亚胺的合成
聚酰亚胺的合成方法可以分为两大类：第一类是在聚合过程中或在大分子反应中形成酰亚胺环；第二类是以含有酰亚胺环的单体聚合成聚酰亚胺。在第一类合成方法中，聚酰亚胺可以由二酐和二胺在二甲基甲酰胺等机型溶剂中先进性低温缩聚，再加热至300℃左右脱水环化得到聚酰亚胺。二酐和二胺还可以在高沸点溶剂中加热缩聚，一步获得聚酰亚胺。此外，还可以有四元酸的二元酯和二胺反应获得聚酰亚胺；也可以由聚酰胺酸先转变成为聚异酰亚胺，然后再加热转化为聚酰亚胺。
2．聚酰亚胺的纺丝
聚酰亚胺纤维的制备方法主要有两种, 即一步法和两步法纺丝技术路线。两步法纺制路线是
以聚酰胺酸为纺丝浆液纺制聚酰胺酸纤维 ,经环化、热拉伸和热处理后可得到高性能的聚酰亚胺纤维。一步法技术路线则要求纺丝浆液为聚酰亚胺溶液 ,可以直接纺制出聚酰亚胺纤维 ,没有环化工序。国内外在上世纪60年代开始从事聚酰亚胺纤维的研制工作 ,至今已有几十年了 ,不同的时代出现了不同的纺制方法。
六、七十年代, 一般采用两步法工艺制备聚酰亚胺纤维 ,主要以美国和日本为主 ,当时仅仅是实验室研究 ,得到的纤维强度和模量都比较小。我国在六十年代由上海合成纤维研究所率先采用干法纺丝工艺小批量生产聚酰亚胺纤维 ,其用途主要是电缆的防辐射包覆、耐辐射的降落伞绳、带等 ,不久因市场原因停产 ,很可惜的是没有全面的技术资料保留下来。
八十年代 ,随着合成技术的改进 ,部分聚酰亚胺能够溶解在酚类溶剂中 ,为采用一步法制备高强高模型聚酰亚胺纤维打下了基础。其中 ,美国Akro大学从合成开始制备聚酰亚胺纤维 ,发表了大量的研究论文, 并申请了专利,但没有相关的产品投放市场。在同一时间 ,日本也出现了有关聚酰亚胺纤维一步法纺丝的文献报道 ,除了具有耐高温、耐辐射等性能外 ,其力学性能也达到了高强高模型。