芳香族耐高温纤维及主要品种性能
芳纶纤维
芳纶纤维 - 间位芳纶
间位芳纶全称“聚间苯二甲酰间苯二胺”，英文缩写MPIA( poly-m-p纶1313。芳纶1313是一种开发早、应用广、产量大、发展快的耐高温纤维品种，其总量居特种纤维的第二位。其分子结构为：聚间苯二甲酰间苯二胺是排列规整的锯齿型大分子，在熔融以前就已经分解，玻璃化温度Tg为270℃，在350℃以下不会发生明显的分解和碳化。当温度超过400℃时，纤维逐渐发脆、炭化直至分解，但是不会产生熔滴；在火焰中不延燃，具有较好的阻燃性，极限氧指数LOI为29%—32%，性能极佳。间位芳纶的突出特点是优异的耐高温性，良好的尺寸稳定性，优良的可纺性、防火性和耐腐蚀性。
(l)聚间苯二甲酰间苯二胺缩聚物的制备芳纶1313由间苯二甲酰氯(ICI)和间苯二胺(MPD)缩聚而成，其反应式为：生产缩聚物主要有如下三种方法。
①界面缩聚法 把配方量的间苯二胺溶于定量的水中，加入少量的酸吸收剂成为水相。再将配方量的ICI溶于有机溶剂中，然后边强烈搅拌边把ICI溶液加到MPD的水溶液中，在水和有机相的界面上立即发生反应，生成聚合物沉淀，经过分离、洗涤干燥后得到固体聚合物。
③乳液缩聚法 将ICI溶于与水有一定相溶性的有机溶剂（如环己酮），MPD溶于含有酸吸收剂的水中，高速搅拌，使缩聚反应在搅拌时形成的乳液体系的有机相中进行。此方法利于热量传递。此外，还有专利报道有气相缩聚法制备芳香族聚酰胺。
鉴于低温溶液缩聚与界面缩聚、乳液缩聚相比，耗用溶剂少，生产效率高，在直接使用树脂溶液进行纺丝、打浆和制膜时可以省去树脂析出、水洗和再溶解等操作，在生产上更为经济，所以低温溶液聚合
聚合过程包括适量的PPD在缩聚溶剂中溶解，氮气保护下冷却到-15℃，然后伴随搅拌添加TPC，生成的产物是黏稠的糊状浆，反应物允许静置过夜，同时逐渐升温至室温。通过将此反应物在混合器中用水搅拌，洗去溶剂和HCl，聚合物过滤收集。在该反应中，溶剂的选择、反应物的化学计量、体系中水分等因素对决定聚合物分子质量有重
芳香族聚酰胺纤维
后改称“Twalon”。
建成Kevlar2000吨/年生产线 与杜邦合作，在日本开始销售 HM—50工业化
第一节
概述
四、芳香族聚酰胺纤维的应用领域
芳纶纤维的应用领域示意图
第二节
聚对苯二甲酰对苯二胺纤维
商品名为Nomex纤维或Conex纤维我国称为芳纶1313。
第一节
1、化学结构
概述
NH
NH CO
CO
n
第一节
2、性能特点
概述
①机械性质：强度较高。在通常情况下，强
度为48.4cN/tex，断裂伸长率为17%。
②纤维密度：为1.38g/cm3。
第一节
概述
③热学性质：芳纶1313具有良好的耐热性， 其耐腐蚀性和防燃性。如在260℃的高温下连
PPTA Kevlar29 Kevlar49 Kevlar119 Kevlar129 Kevlar149
1.43 1.45 1.44 1.44 1.47 1.39 2.54 7.8
202.9 195.8 211.7 233.7 158.8 247 84.7 30
3.6 2.4 4.4 3.3 1.5 4.6 4.0 1.7
仍能保持很高的强度。熔点为600℃，最高使用
温度为232℃。
④化学性能：具有良好的耐碱性，耐酸性好于 锦纶，具有良好的耐有机溶剂、漂白剂以及抗 虫蛀和霉变。对橡胶具有良好的粘附性。
对位芳香族聚酰胺纤维的一般物理性能
纤维种类 密度（g/cm3）强度(cN/tex)伸度（%）弹性模量（ cN/tex ）含水率（%）
常用耐高温纤维及滤料的性能特点.
1 常用耐高温纤维及滤料的性能特点1.1 常用耐高温纤维及滤料[4]1.1.1 芳香族聚酰胺纤维滤料[5-7]（1）聚对苯二甲酰对苯二胺纤维（商品名为Kevlar），是一种新型高科技合成纤维，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能，在560℃下，不分解，不融化。
它具有良好的绝缘性和抗老化性能，具有很长的生命周期。
美塔斯（Metamax）滤料，长期耐温204℃，瞬时耐温240℃；耐酸性、抗水解性稍差，其主要应用于经彻底脱硫的循环流化床锅炉或含硫极低的烟气过滤场合。
（2）聚间苯二甲酰间苯二胺纤维（商品名为Nomex纤维），是美国杜邦公司的专利产品。
大分子链呈现柔性结构，纤维一般为白色，截面形状多为椭圆形至圆形。
致命缺点是高温尺寸稳定性差。
诺梅克斯（Nomex）滤料，耐碱性能很强，耐酸性能中等，是处理180℃～220℃高温腐蚀性气体的良好材料，国外除在各种工业炉窑烟气净化中普遍应用外，在燃煤锅炉烟气净化方面也已取得满意效果。
（3）芳砜纶（商品名为Tanlon），属于芳香族聚酰胺纤维类，由于主链上含有砜基（-S02），所以具有抗高温耐热性，优良的高温尺寸稳定性、阻燃性，突出的抗氧化性能，同时具有良好的抗酸性能，可在高温下长期使用，非常适用于耐高温滤料。
芳砜纶（Tanlon）滤料在100℃～270℃范围内可保持良好的纤维尺寸稳定性，并有良好的耐腐蚀性能，国外现已用于260℃以下的烟气净化。
1.1.2 PPS纤维滤料[8，9]聚苯硫醚纤维（商品名为PPS纤维），具备了作为高性能纤维的各种特点，可抵抗多种酸、碱和氧化剂的化学腐蚀，具有较好的耐水解能力，一个主要缺陷就是容易氧化，因此不耐游离的氟、氯、溴等卤素和王水、硝酸、浓硫酸、铬酸、氯磺酸、次氯酸等强氧化性介质的腐蚀。
PPS纤维滤袋长期耐温190℃，瞬时耐温240℃，是一种耐高温、耐酸碱、抗水解性能极好的滤料。
特别适合在高湿的烟气中使用，典型用途是用于城市垃圾焚烧炉、公用工程锅炉、燃煤锅炉、医院焚烧炉、热电联产锅炉上的脉冲袋式过滤器中。
芳香族聚酰胺纤维 (2)
第二节 聚对苯二甲酰对苯二胺纤维
PPTA其他的合成方法还有气相缩聚法、 固相缩聚法等。还有不用对苯二甲酰氯，直 接采用对苯二甲酸和对苯二胺，在吡啶及苯 基亚磷酸盐催化剂作用下发生直接缩聚。但 是这些方法聚合物的相对分子质量目前还做 不高，尚在研究中。此外，一些新的合成方 法，如微波辐射聚合、络合催化聚合等方法 也有文章报道。
三、芳纶的浆粕化 1、芳纶浆粕开发背景 • PPTA浆粕是近年来发展起来的PPTA差别化产品，它
是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PPTA产品。 • 它的外观类似于木材纸浆微纤维，平均长度2mm左右， 平均表面积6m2/g，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。
水
5
g/cm
度
（
度
长
率
模量
率
性 ） tex) (cN/tex) (%) (cN/tex) (%)
第一节 概述
（三）其他品种
第一节 概述
三、芳香族聚酰胺纤维的发展简史
• 1951 杜邦
• 1953 杜邦 合法
Flory发明低温溶液聚合法 Morgan开发全芳香族聚酰胺系低温溶液聚
• 1960 杜邦 Nonex(HT-1)
第二节 聚对苯二甲酰对苯二胺纤维
• PPTA-Pulp在密封材料上作为增强填料，可提高密封垫圈的耐压性、耐腐蚀性， 在高技术领域得到应用。
• PPTA-Pulp还可以造高级的合成纸，耐击穿电压高耐高温的绝缘纸和树脂层压 成很薄的印刷线路板等等。
第二节 聚对苯二甲酰对苯二胺纤维
芳香族聚酰胺纤维
液态高聚物分子的构型示意图
(a)为典型普通大分子，为无规则线团; (b)为刚性大分子，在没有良好侧向作用和导向情 况下的状态; (c)为无规的棒状液晶; (d)为向列型液晶
结构与性能的关系
芳纶纤维具有的优异力学、化学、热学、电学等 性能是与其化学和物理结构密切关联的，而这些 结构的形成又与聚合物合成和成纤的工艺过程有 关。决定聚合物纤维性能的因素很多，既与化学 组成、键接方式、分子量等有关，与链的聚集状 态（例如晶区中分子链的构象、结晶度等）有关， 也与更高层次的纤维形态结构有关。
1986年AKZO公司的Twaron开始工业化生产
我国1972年开始芳纶的研究工作，1981年及 1985年分别研制出芳纶14 和芳纶1414。
芳香族聚酰胺纤维的种类
芳酰胺纤维有两大类：全芳族聚酰胺纤维和 杂环芳族聚酰胺纤维。全芳族聚酰胺纤维按 美国联邦贸易委员会所定的用词为Aramid。 它主要包括对位的聚对苯二甲酰对苯二胺和 聚对苯甲酰胺纤维、聚间苯二甲酰间苯二胺 和聚对苯甲酰胺纤维、共聚芳酰胺纤维以及 引入巨型侧基的其它芳族聚酰胺纤维。
这种聚合物具有良好的规整性，从而具有高度的结晶 性和耐热性。在纺丝过程中，PPTA溶液浓度达临界 浓度后形成向列型液晶态，在外力作用下，很容易沿 作用力方向呈一维取向有序排列。采取干喷湿纺法液 晶纺丝很容易保留这种高度取向结构，形成高强高模 纤维。
PPTA的晶体结构为单斜晶系，在每个单胞中含有两 个大分子链。C轴平行于分子链方向，链间由氢键交 联形成bc片晶，层间是严格对齐的，并且结构中bc片 层堆集占优势，只有很少量的非晶区。纤维中分子在 纵向具有近乎平行于纤维轴的取向，而在横向是平行 于氢键片层的辐射状取向。在液晶纺丝时常见少量正 常分子杂乱取向，称为轴向条纹或氢键片层的打摺，
PBO纤维
PBO纤维PBO 是聚苯撑苯并噁唑（Poly-P—Phenylene Benzobithia-zole) 纤维的简称,属于是含有杂环芳香族的聚酰胺族，最初由美国空军材料实验室作为耐高温性能比凯芙拉（Kevlar) 好的材料而进行开发。
最早开发出聚苯唑类纤维为PBZT(聚苯撑苯并口恶唑）纤维，由于PBO 在性能和成本上的优势,从而成为聚苯唑类纤维开发的主流。
关国空军材料实验室对芳香族杂环类聚合物的继续研究，开发f—一系列的杂环聚台物，其化学结构式如下所示；PBO的合成：(1)PBO的合成可用2,6—二氨基间苯二酚盐酸盐与对苯二中酸缩聚、其单体合成方法的反应如下：由三氯化苯为原料,经过三步反应制得，产物过滤，洗涤后减压干燥，可用于缩聚反应。
另一个单体是对苯二甲酸，是聚酯合成用的大宗产品．这两个中体在多聚磷酸（PPA)溶剂中消液缩聚反应，P2O5作为脱水剂。
其反应式如下：（2)PBO的台成也可以2,6一二氨基间苯二酚盐酸盐与对苯二甲酰氯在甲磺酸(MSA)溶剂和P2O5（质量分数为40％－50％）中加热反应制得，反应时间短，收率高。
缩聚反应式如下所示：PBO 纤维的制备PBO 纤维纺制原则上类似于Kevlar 纤维的液晶纺丝法-—干喷湿纺法、水洗、干燥。
所选的纺丝溶剂有多聚磷酸（PPA）、甲磺酸（MSA）、MSA/ 氯磺酸、硫酸、三氯化铝和三氯化钙/ 硝基甲烷等，一般多选用PPA 为纺丝溶剂。
所以PBO 在PPA 中的缩聚溶液即可作为纺丝原液, PBO 在PPA 溶剂中的质量分数通常调整在15 %以上，采用干喷湿纺液晶纺丝装置。
80~180 ℃的纺丝浆液通过喷丝孔进入空气层中形成丝条, 干纺区的空气温度为50~100 ℃，空气层的流速应足以均匀降低液晶细流的温度.喷丝孔径为0。
13 ～0.12mm 或0。
25mm（单孔纺丝）.纺丝过程中, 对丝束稍加拉伸时, 纺丝浆液在挤出应力作用下很容易实现分子链沿应力方向及纤维轴向高度取向, 形成刚性伸长原纤结构.初纺丝（AS 丝—标准型) 就具有3。
芳砜纶的特点
与Nomex相比，芳砜纶表出更优异的耐热性和热稳定性，芳砜纶在250℃和300℃时的强度保持率分别为70％、50％，比芳纶1313纤维（Nomex）高5～10个百分点，即使在350℃的高温下，依然保持38％的强度，而此时芳纶1313纤维已遭破坏。芳砜纶在250℃和300℃热空气中处理100小时后的强度保持率分别为90％和80％，而在相同条件下芳纶1313纤维仅为78％和60％。可见，芳砜纶的耐热性和热稳定性优于芳纶1313纤维，可在200℃的温度下长期使用。
与Nomex相比，芳砜纶具有良好的染色性能。一般情况下芳纶1313纤维不可染，只有在加入一种有毒载体后可勉强上色，杜邦为此开发了有色纤维，不但色彩较少，而且价格非常昂贵，这严重制约了它在防护服上的应用。而芳砜纶纤维在常规的高温高压条件下即可染色，面料的后整理成本较低，在防护领域的应用十分适合。
芳砜纶纤维的热收缩性非常小。在 250 ℃以下的干燥热空气中收缩几乎为零；在 300 ℃干燥热空气中，处理 2 小时后，收缩小于 2%
。以后较长的放置在该温度下对纤维长度基本上没有影响。湿和热的作用使纤维内部的压力减小，由此引起的收缩率要高于在同样温度下干热条件下的收缩率。
2.4 芳砜纶纤维的阻燃性
TANLON ）。作为高科技的基础材料，芳砜纶形成规模化生产后，将有力促进如高性能绝缘纸等复合高性能材料等下游高科技产业链的发展。
2 芳砜纶纤维的化学、物理机械性能
聚砜酰胺纤维（ Polysulfonamide fiber ）简称芳砜纶（ PSA ），是一种在高分子主链上含有砜基（ -SO 2 -
模量（公斤 / 毫米 2 ）
760
回潮率（ % ） RH65%20-25 ℃
6.28
比重（克 / 厘米 3 ）
耐高温纤维论文：耐高温纤维的主要品种及其性能
耐高温纤维论文：耐高温纤维的主要品种及其性能摘要本文介绍了国内外耐高温纤维的主要品种及其发展历程，并对其性能进行了对比。
关键词：耐高温纤维；品种；性能abstract：this paper introduces the main varieties of high temperature resistant fiber and its development history. performances of some high temperature resistant fibers are compared.key words：high temperature resistant fiber; variety;performance耐高温纤维往往是指在180 ℃以上温度条件下可长期使用的纤维，即在此高温下能维持常温时所具备的物理力学性能或经较长使用时间仍具有最低限度的物理力学性能。
表现为：高温下尺寸大小无变化；软化点及熔点高；着火点、发火点高；热分解温度高；长期暴露在高温下，也能保持一般特性；具备纤维制品所必需的一般性能，如柔软性、弹性和加工性能。
此外，还应具备阻燃或不燃性，随着国防工业、宇航事业、尖端技术以及民用工业的不断发展，耐高温纤维发挥着越来越重要的作用。
1国内外耐高温纤维的主要品种及发展耐高温纤维可分为无机耐高温纤维和有机耐高温纤维。
无机耐高温阻燃纤维品种通常包括碳纤维陶瓷纤维、硼纤维、玻璃纤维等，有机耐高温阻燃纤维品种很多。
具体品种见表1。
20世纪50年代重点发展含氟纤维，如聚四氟乙烯纤维；60年代开始工业化，研究的品种不下20 种，发展最快的国家是美国，其次是日本。
其中，间位芳香族聚酰胺(nomex) 的成功开发开创了耐高温纤维的新纪元；70年代又出现以聚对苯二甲酰对苯二胺( kevlar) 为代表的高强度、高模量的耐高温纤维，成为高性能纤维发展的一个新的里程碑；80年代开发成功，90 年代开始生产的聚对苯撑苯并双噁唑纤维(zylon) ，是目前耐热性能最好的芳香族纤维。