芳纶介绍、分类、形态及其合成、加工与应用
芳纶介绍、分类、形态及其合成、加工与应用

芳纶介绍、分类、形态及其合成、加工与应用摘要:本文对芳纶的品种、合成及加工方法、应用做了一个简要的介绍,并对不同品种的芳纶、及芳纶的不同合成及加工方法做了一个简单的对比。
对芳纶的加工类型提出一种分级的方法,并通过这种方法对芳纶的加工及应用进行描述及分析。
关键词:芳纶、液晶、合成、加工、分级理论、应用Aramid and its Synthesis、Process、ApplicationAbstract:This paper introduces several kind of aramids,and their synthesis and processing methods. To study process of aramid better, A theory of classification is put forward.Process type of aramid is divided three kinds.By this method,we also introduce the application of aramid.Keyword:Aramid、Liquid Crystal、Synthesis、Process、A Theory of Classification、Application前言芳纶是一种新型高科技合成材料,是芳香族聚酰胺的统称。
相对于尼龙6、尼龙66等普通聚酰胺材料,因为分子链上相对较为柔软的碳链为刚性的苯环结构所代替。
芳香族聚酰材料其结构的特性,呈现溶致液晶性,是一种重要的主链型高分子液晶,因此芳纶具有超高强度、高模量和耐高温等优良性能。
芳纶目前已被广泛应用于国防军工、及航天航空、机电、建筑、汽车、体育用品等国民经济的各个方面。
如芳纶防弹衣、头盔,宇宙飞船、飞机等基体材料等等。
据估计,芳纶产品用于防弹衣、头盔等约占7~8%,航空航天材料、体育用材料大约占40%;轮胎骨架材料、传送带材料等方面大约占20%左右,还有高强绳索等方面大约占13%。
芳纶研究报告

芳纶研究报告芳纶是一种高性能聚合物,具有优异的力学性能、高温稳定性和化学稳定性。
由于其独特的性能,芳纶被广泛应用于航空、航天、军事、汽车、电子、医疗和化工等领域。
本文将从芳纶的结构、性质、制备、应用和发展等方面进行综述和分析。
一、芳纶的结构和性质芳纶的分子结构是由苯环和咔唑环组成的。
苯环是芳香环,咔唑环是杂环,它们通过亚甲基基相连。
芳纶的结构决定了它具有优异的力学性能、高温稳定性和化学稳定性。
芳纶的力学性能非常优异,其拉伸强度可达到2000MPa,弹性模量可达到120GPa,比强度和比模量均高于碳纤维。
芳纶的高强度和高刚度使得它在航空、航天、军事和汽车等领域得到广泛应用。
芳纶的高温稳定性也是其重要的性能之一。
芳纶的热分解温度可达到600℃以上,长期使用温度可达到400℃。
芳纶在高温下仍然具有较好的力学性能和化学稳定性,因此在高温环境下应用广泛。
芳纶的化学稳定性也非常好。
芳纶在强酸、强碱、有机溶剂和氧化剂等化学物质的作用下不会发生明显的变化,具有优异的耐腐蚀性。
二、芳纶的制备芳纶的制备主要有两种方法:直接聚合法和间接聚合法。
直接聚合法是将芳香二胺和芳香二酸在高温、高压和惰性气氛下进行聚合反应,得到芳纶。
直接聚合法制备的芳纶分子量较高,但制备过程中有毒气体的产生,需要严格的安全措施。
间接聚合法是将芳香酸酐和芳香二胺在惰性气氛下进行加热反应,得到芳香酸酐-芳香胺前驱体,再通过热聚合反应得到芳纶。
间接聚合法制备的芳纶分子量较低,但制备过程中无毒气体的产生,更加环保。
三、芳纶的应用芳纶在航空、航天、军事、汽车、电子、医疗和化工等领域得到广泛应用。
以下分别介绍其应用情况:1.航空、航天和军事领域芳纶由于具有优异的力学性能和高温稳定性,被广泛应用于航空、航天和军事领域。
芳纶可以制备成为高强度、高刚度和高温稳定性的复合材料,用于制备飞机、卫星、导弹和战斗机等。
2.汽车领域芳纶在汽车领域的应用主要是用于制备发动机部件、制动系统和变速箱等。
中国芳纶的生产历程

中国芳纶的生产历程一、背景介绍中国芳纶是一种合成纤维,也称为聚酰胺纤维,是由苯二甲酸和对苯二胺等原料合成的聚合物。
它具有优异的物理性能和化学稳定性,被广泛应用于纺织、医疗、汽车和航空等领域。
下面将详细介绍中国芳纶的生产历程。
二、原料准备中国芳纶的生产首先需要准备苯二甲酸和对苯二胺等原料。
这些原料一般通过化工厂的合成工艺获得,经过精细加工和净化后,可以得到高纯度的原料。
三、聚合反应中国芳纶的生产过程中,首先将苯二甲酸和对苯二胺等原料加入反应釜中,加入适量的溶剂和催化剂后进行聚合反应。
在适宜的温度和压力下,原料分子间的化学键发生断裂和重组,形成聚合物链。
四、纺丝聚合反应完成后,得到的聚合物溶液需要进行纺丝处理。
首先,将聚合物溶液加热至适宜温度,使其变得粘稠。
然后,通过纺丝机将溶液挤出,形成连续的纤维。
这些纤维经过冷却和拉伸处理,使其变得细长而强韧。
纺丝得到的芳纶纤维还不够稳定,需要进行固化处理。
固化是指将纤维暴露在高温条件下,使其分子间的键更加牢固。
这一步骤可以提高芳纶纤维的熔点和耐热性能,使其更加适合高温环境下的应用。
六、后处理固化后的芳纶纤维还需要进行后处理。
后处理包括洗涤、干燥和卷绕等步骤,以确保纤维的质量和稳定性。
在洗涤过程中,需要使用适量的溶剂和表面活性剂,去除纤维表面的杂质和残留物。
然后,将纤维进行干燥,以去除水分并使其保持一定的含湿率。
最后,将纤维卷绕成适合储存和运输的卷筒。
七、应用领域中国芳纶具有优异的物理性能和化学稳定性,因此在众多领域得到广泛应用。
在纺织行业中,芳纶纤维可以用于制作高强度的织物和线材,用于制造防弹衣、防刺手套等防护用品。
此外,芳纶纤维还可以用于汽车和航空领域,制造轻量化的材料和零部件,提高车辆的安全性能和燃油效率。
八、市场前景中国芳纶的生产技术和产能不断提高,市场需求也在不断增长。
随着人们对安全性能和环境友好性的要求提高,芳纶纤维在各个领域的应用前景非常广阔。
预计未来几年,中国芳纶的市场规模将进一九、总结中国芳纶的生产历程经过原料准备、聚合反应、纺丝、固化和后处理等环节。
芳纶综述

芳纶合成工艺及应用【摘要】芳纶是一种高强度,高模量,耐高温,低密度,耐磨性好和的有机合成的高科技纤维,并且其化学稳定性好,对橡胶有良好的粘着力。
是20世纪六、七十年代开发出的重要材料。
它是在聚酰胺的基础上开发出来的一类产品,为了提高尼龙的耐热性,就要导入芳香环,这一点人们早就熟知了,于是就出现了芳香族聚酰胺,芳纶的全称是芳香族聚酰胺纤维。
芳纶主要分为邻位、间位、对位三种,而邻位无商业价值,已工业化的芳纶主要是芳纶1313(聚间苯二甲酰间苯二胺纤维)和芳纶l414(聚对苯二甲酰对苯二胺纤维)两大类。
本文将简单的介绍一下芳纶的国内外的发展状况,着重介绍芳纶的制备、性能和芳纶在各个方面的应用,并简要的分析了目前芳纶存在的问题。
【关键词】芳纶;发展状况;制备;性能;应用1芳纶简介及国内外发展状况1.1简介芳纶性能优良,应用广泛,可应用于航空航天工业、IT产业、国防工业、汽车工业、耐热及防护服装、增强混凝土及复合材料、运动器材等。
由于其质量轻、强度高、耐热耐腐蚀性好,具有广阔的发展前景。
芳纶的全称是芳香族聚酰胺纤维。
1974 年,美国贸易联合会(FTC. 为U.S.Federal Trade Commission 的缩写)将他们命名为“Aramid fibers”,我国称为芳纶。
其定义是:至少有 85 % 的酰胺链(-CONH-)直接与两苯环相连接。
根据此定义,可把主要化学链和环链脂肪基的一般聚酰胺聚合物和其清楚的分开。
[1]它有一些列的产品。
在美国,开发芳香族聚酰胺的背景是宇宙开发和军事用途的需要,特别是对耐热性纤维的需求不断高涨。
因此,芳香族聚酰胺的主要用途几乎都是纤维,非纤维的用途很少。
1.2国外发展概况与尼龙的问世一样,芳香族聚酰胺的问世也是美国杜邦公司研究的成果。
利用酰氯与胺类反应,通过界面缩聚反应制取聚酰胺,这是早为人们熟知的。
但是1951年,杜邦公司的Flory,Morgan等人发现用低温溶液聚合法有可能制备聚酰胺,这就为芳香族聚酰胺的诞生打下了基础,然后于1953年首次合成了芳香族聚酰胺“Aramid”。
芳纶纤维的特点及制备方法 苏葛鸿

硫酸
硫酸
10
10
21
21
100
1000
9
59
12
31
氢氧化钠
28
21
1000
9
7
8
二:芳纶纤维的应用 1:军事上的应用:对位芳纶纤维是重要的国防军工
材料,为了适应现代战争的需要,目前,美、英等 发达国家的防弹衣均为芳纶材质,芳纶防弹衣、头 盔的轻量化,有效提高了军队的快速反应能力和杀 伤力。在海湾战争中,美、法飞机大量使用了芳纶 复合材料。 2:在航空、航天方面,芳纶由于质量轻而强度高, 节省了大量的动力燃料,据国外资料显示,在宇宙 飞船的发射过程中,每减轻1公斤的重量,意味着降 低100万美元的成本。
Thanks for your attention
主讲人:苏葛鸿 班级:无材0904 学号:200902128101
20
操作方式及特点:
方式名 操作过程 称 间隙缩 N2气保护下聚合物单体 聚 溶液在反应器中缩聚,除 去产物中的盐酸和溶剂( 连续缩 聚 气相缩 将对苯二胺和对苯二甲酰 聚 氯及氮气在反应器中进行 气相缩聚
方法特点 设备利用率低 限制大规模生产 聚合物成本低 不需要溶剂 产物纯度高 纤维性能高
2:纺丝工艺
初始拉伸模量 (GPa) 17.4 64.8 63.2 126.6 9~12 15~16 0.28~0.51 0.22~0.60 1.12~1.99 0.15~0.33 40 25 23 7 8.3~8.5 38~40 38
延伸率 (%) 22 1.43~1.44 3.6 2.4 2~3.2 1.8~2.2 16~25 16~28 7~17 20~80 0.5 1.3 1.2 2.5~4 0.5~0.8 0.4
芳纶综述

芳纶合成工艺及应用【摘要】芳纶是一种高强度,高模量,耐高温,低密度,耐磨性好和的有机合成的高科技纤维,并且其化学稳定性好,对橡胶有良好的粘着力。
是20世纪六、七十年代开发出的重要材料。
它是在聚酰胺的基础上开发出来的一类产品,为了提高尼龙的耐热性,就要导入芳香环,这一点人们早就熟知了,于是就出现了芳香族聚酰胺,芳纶的全称是芳香族聚酰胺纤维。
芳纶主要分为邻位、间位、对位三种,而邻位无商业价值,已工业化的芳纶主要是芳纶1313(聚间苯二甲酰间苯二胺纤维)和芳纶l414(聚对苯二甲酰对苯二胺纤维)两大类。
本文将简单的介绍一下芳纶的国内外的发展状况,着重介绍芳纶的制备、性能和芳纶在各个方面的应用,并简要的分析了目前芳纶存在的问题。
【关键词】芳纶;发展状况;制备;性能;应用1芳纶简介及国内外发展状况1.1简介芳纶性能优良,应用广泛,可应用于航空航天工业、IT产业、国防工业、汽车工业、耐热及防护服装、增强混凝土及复合材料、运动器材等。
由于其质量轻、强度高、耐热耐腐蚀性好,具有广阔的发展前景。
芳纶的全称是芳香族聚酰胺纤维。
1974 年,美国贸易联合会(FTC. 为U.S.Federal Trade Commission 的缩写)将他们命名为“Aramid fibers”,我国称为芳纶。
其定义是:至少有 85 % 的酰胺链(-CONH-)直接与两苯环相连接。
根据此定义,可把主要化学链和环链脂肪基的一般聚酰胺聚合物和其清楚的分开。
[1]它有一些列的产品。
在美国,开发芳香族聚酰胺的背景是宇宙开发和军事用途的需要,特别是对耐热性纤维的需求不断高涨。
因此,芳香族聚酰胺的主要用途几乎都是纤维,非纤维的用途很少。
1.2国外发展概况与尼龙的问世一样,芳香族聚酰胺的问世也是美国杜邦公司研究的成果。
利用酰氯与胺类反应,通过界面缩聚反应制取聚酰胺,这是早为人们熟知的。
但是1951年,杜邦公司的Flory,Morgan等人发现用低温溶液聚合法有可能制备聚酰胺,这就为芳香族聚酰胺的诞生打下了基础,然后于1953年首次合成了芳香族聚酰胺“Aramid”。
芳纶纤维

芳纶纤维摘要:芳纶纤维是一种新型高科技合成纤维,是由美国杜邦公司在2O世纪60年代成功开发并率先产业化的纤维产品。
芳纶纤维的问世被认为是材料界发展的一个重要里程碑。
由于芳纶纤维具有优良的性能,在我国的航空航天,体育用材料,轮胎,高强绳索等材料中有广泛的应用,因此受到了普遍的关注。
本文介绍了芳纶纤维的结构、性能、用途及生产方法,分析了芳纶纤维的国内外发展现状,并对我国发展高性能芳纶纤维提出了几点建议。
关键词:芳纶纤维;结构;性能;用途;生产技术;发展建议芳纶纤维主要分为对位芳纶纤维(芳纶1414)和间位芳纶纤维(芳纶1313)。
芳纶纤维是一种高性能合成纤维,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,其强度是钢丝的5~6倍,模量为钢丝或玻璃纤维的2~3倍,韧性是钢丝的2倍,而重量仅为钢丝的0.2倍左右。
此外,芳纶纤维还具有良好的绝缘性和抗老化性能,其应用领域十分广泛。
对位芳纶纤维主要用于橡胶增强制品、防弹织物、复合结构材料、线缆材料、隔热隔声、防辐射结构板等。
间位芳纶纤维主要用于电器绝缘纸、阻燃织物、隔热隔声、防辐射结构板、飞行器承力结构材料、烟尘过滤袋等。
1、芳纶纤维结构芳纶纤维的全称是芳香族聚酰胺纤维, 是一种高强度、高模量、低密度和高耐磨性的有机合成纤维。
芳纶分为对位芳纶纤维(PPTA)和间位芳纶纤维( PMIA)两种。
聚对苯二甲酰对苯二胺纤维是PPTA最有代表性的一种, 英文全称 AramidFiber ,其化学结构式如下图:关于芳纶纤维的微观结构,颇具代表性的主要有皮、芯层结构模型,Morgan 等人认为,每一根单纤均具有可区分的皮、芯特征,皮层和芯层具有不同的结构和性能。
皮层厚度在0.1-lμm,且表现出类似小云母片的结构形态,在长度方向上则保持结构一致性,而芯层却没有这种结构。
阿克苏·诺贝尔公司的科学家van Aartsen和Nort hoIt于1973 年公布了他们对其公司生产的芳纶纤维(Twaron )结晶结构的基础研究成果。
芳纶的合成加工应用

芳纶的合成加工应用芳纶是一种由芳族聚酯合成的合成纤维,也被称为亚光纤。
芳纶具有优异的性能特点,如高强度、高模量、耐磨性、优异的耐高温性能和化学稳定性等,使其在众多领域得到广泛应用。
下面将对芳纶的合成、加工和应用进行详细介绍。
首先是芳纶的合成。
芳纶的合成是通过聚酯交缩聚合的方法进行的。
聚酯交缩聚合是指将对苯二甲酸与对苯二酚进行酯交缩聚反应,生成聚酯树脂。
然后,通过化学处理将聚酯树脂分子中的酯键断裂,形成芳香环结构,从而得到芳纶。
芳纶的合成过程需要严格控制反应条件,以确保分子结构的稳定性和纤维性能的优良性。
其次是芳纶的加工。
芳纶在加工过程中需要经过纤维拉伸、切割、热固化等工艺步骤。
纤维拉伸是将聚酯树脂加热至玻璃化转变温度以上,然后通过拉伸使纤维变细、延伸,从而增加纤维的强度和模量。
切割是将拉伸后的纤维切断成适当长度的纤维段。
热固化是通过加热将纤维内部的双缩脱水酸结构交联,使纤维的热稳定性和耐用性得到提高。
芳纶的加工过程需要严格控制温度、拉伸和切割速度等参数,以确保纤维的均匀性和优异性能。
最后是芳纶的应用。
芳纶具有优异的性能特点,使其在多个领域得到广泛应用。
在航空航天领域,芳纶纤维被广泛应用于制备高性能复合材料,用于制造飞机、火箭等载具的结构件,以提高载具的强度、刚度和耐高温性能。
在汽车领域,芳纶纤维被用作增强材料,在汽车的车身、底盘和发动机等部位起到增强结构、降低重量的作用。
在防护领域,芳纶纤维被用于制备防弹材料,用于制作防弹衣、防弹盾等,其高强度和耐磨性能可以有效保护人身安全。
此外,芳纶纤维还被应用于船舶、电子器件、体育用品等领域,为这些领域的产品提供增强性能。
综上所述,芳纶的合成、加工和应用具有重要意义,芳纶作为一种高性能合成纤维,可以广泛应用于多个领域,为相关产品提供优异的性能。
随着科学技术的不断进步,相信芳纶纤维的合成、加工和应用将会得到进一步改进和扩展,为人们的生活和工作带来更多便利和效益。
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芳纶介绍、分类、形态及其合成、加工与应用摘要:本文对芳纶的品种、合成及加工方法、应用做了一个简要的介绍,并对不同品种的芳纶、及芳纶的不同合成及加工方法做了一个简单的对比。
对芳纶的加工类型提出一种分级的方法,并通过这种方法对芳纶的加工及应用进行描述及分析。
关键词:芳纶、液晶、合成、加工、分级理论、应用Aramid and its Synthesis、Process、ApplicationAbstract:This paper introduces several kind of aramids,and their synthesis and processing methods. To study process of aramid better, A theory of classification is put forward.Process type of aramid is divided three kinds.By this method,we also introduce the application of aramid.Keyword:Aramid、Liquid Crystal、Synthesis、Process、A Theory of Classification、Application前言芳纶是一种新型高科技合成材料,是芳香族聚酰胺的统称。
相对于尼龙6、尼龙66等普通聚酰胺材料,因为分子链上相对较为柔软的碳链为刚性的苯环结构所代替。
芳香族聚酰材料其结构的特性,呈现溶致液晶性,是一种重要的主链型高分子液晶,因此芳纶具有超高强度、高模量和耐高温等优良性能。
芳纶目前已被广泛应用于国防军工、及航天航空、机电、建筑、汽车、体育用品等国民经济的各个方面。
如芳纶防弹衣、头盔,宇宙飞船、飞机等基体材料等等。
据估计,芳纶产品用于防弹衣、头盔等约占7~8%,航空航天材料、体育用材料大约占40%;轮胎骨架材料、传送带材料等方面大约占20%左右,还有高强绳索等方面大约占13%。
一、芳纶的命名自20世纪60年代后期以来,已经有多种芳纶问世,并工业化生产。
芳纶种类比较多,其划分的方法也有多种。
第一种命名方法根据结构划分,分为对位芳纶、间位芳纶和邻位芳纶。
对位芳纶的单体是对苯二甲酸和对苯二胺,单体的上的功能团为对位,聚合得到的链段比较规整,耐高温性能好,强度、高模量。
对位芳纶主要有以杜邦的Kevlar系列产品为代表。
间位芳纶的单体是间苯二甲酸和间苯二胺,单体的上的功能团为间位,聚合得到的链段呈锯齿型,耐高温,但强度模量都比较低。
间位芳纶主要有以杜邦的Nomex系列产品为代表。
邻位芳纶的单体是邻苯二甲酸和邻苯二胺,单体的上的功能团为邻位。
邻位芳纶主要有以杜邦的Korex系列产品为代表。
第二种命名方法根据结构划分,如对位就是苯环上的14位置,间位就是苯环上的13位置,如芳纶14的聚合单体就是对氨基苯甲酸,芳纶1414就是前面所说的对位芳纶,芳纶1313就是前面所说的间位芳纶。
第三种命名方法就是根据聚合单体的种类,如前面所说的芳纶14又叫芳纶I型,芳纶1414和芳纶1313又叫芳纶II型。
当在对苯二甲酸和对苯二胺、间苯二甲酸和间苯二胺等常见结构加入第三单元单体如4,4’-二氨基二苯醚、5(6)-胺基-2-(4-胺基苯基)苯并咪唑等得到的芳纶可称为芳纶III型。
当第三单元单体为杂环结构时,人们还常称之为杂环芳纶。
二、芳纶的制备工艺1、芳纶树脂的合成方法1.1、低温溶液聚合法芳香族二胺和芳香族二酰氯在极性溶剂中反应而得,在低温(一般在0-5℃)下进行缩聚反应,同时添加碱或碱土金属盐作为助溶剂以提高树脂在溶剂中的溶解度及稳定性,经过浓度调整,这种溶液可以直接行湿法纺丝、打浆和制膜,具有耗用溶剂少、生产效率高的优点,目前在生产中温溶液缩聚被广泛的采用。
工业化的研究,可选择的已商品化的单体只有那么几种,技术人员低温溶液聚合法的研究主要几种在反应溶剂及助溶剂的选择。
初期反应用得溶剂主要为酰胺类,如六甲基磷酰胺、二乙基甲酰胺、N-烷基吡咯烷酮等【1】。
随着聚合度的增加,聚合物在溶剂中的溶解度降低,会从溶剂中析出,不利于产品质量和后续加工,因此需要在其中加入助溶剂。
助溶剂可以选择碱或碱土金属盐如氯化钙、氯化锂等,最高加入量可以达到溶剂量的5%【2】,也可以选择季铵盐氯化物,如甲基三正丁基氯化铵【3】。
因为季铵盐氯化物的价格较高,工业生产中多选用氯化钙和氯化锂,相比较而言氯化钙的增溶效果略差于氯化锂,用量较多,但价格更便宜。
因为酰胺类化合物自身的一些缺点:如六甲基磷酰胺具有致癌性;常用的N-烷基吡咯烷酮热稳定性较差,回收工艺复杂以防止分解,另外溶解性还不是太好,助溶剂的量过大影响产品质量。
深圳市中晟创新科技股份有限公司的侯庆华等人,利用环丁砜作为溶剂,以氯化钙为助溶剂,对苯二胺与部分对苯二甲酰氯在此溶剂中20℃以下进行预聚合,然后预聚合和剩下的对苯二甲酰氯泵入混合器在-5-0℃混合,并进入双螺杆挤出机在60-80℃,控制停留10分钟,进行聚合,水洗后得到芳纶树脂。
此树脂可溶于发烟硫酸进行干-湿法纺丝。
【4】1.2、直接溶液聚合法用三苯基磷等做催化剂,在卤代烃/吡啶溶剂中芳香族二酸与芳香族二胺在室温下直接缩聚得到聚合物。
催化剂活性较高,在反应过程中可能与二酸的羧基反应生成酸酐,这样就会破坏单体的功能基间的等当量配比,降低聚合物的聚合度,不易得到高分子量的聚合物。
【5】1.3、界面缩聚把芳香族二酸制成酰氯溶于有机溶剂中,把芳香族二胺溶于水并加入硫酸钠或氢氧化钠作为缚酸剂,然后两种溶液混合。
在混合过程中,两种液体的界面上发生缩聚反应得到聚合物树脂。
该方法具有一定的理论意义,但聚合物后处理工序多,配制纺丝溶液时还需再次溶解,设备复杂,且无法连续化生产,不易得到分子量较高产品,因此在工业几乎没有什么应用。
【6】1.4、酯交换反应芳香族二酸先制成酯,然后和芳香族二胺在加热下进行高温缩聚反应,加入催化剂可以加速反应。
反应前期在常压下进行预聚合,然后减压蒸出副产物。
日本帝人公司采取酯交换反应这种方法得到高性能的纤维。
【7】1.5、气相聚合将芳香族二胺和芳香族二酰氯汽化,并和惰性气氛、叔胺类蒸汽混合,在管式反应器中加热进行气相缩聚反应。
此法制得的芳纶,可以利用干法纺丝或干-湿法纺丝。
【8】1.6、钯催化的酰胺化缩聚1988年Imai用芳香二卤代物、CO和芳香族二胺在钯催化下合成聚酰胺化合物,后来Perry 将其发展成为可充分碳资源合成高分子材料的可行路线。
【9】此法原料来源充足且CO价格低廉等优点,引起了化学家们的极大关注。
如果合成技术上再能取得突破,使其适合商业化生产,那么必将引起芳纶行业大的飞跃。
三、芳纶的加工1、芳纶加工的液晶态基础因为芳香族聚酰胺结构特点,芳纶的热稳定性很高,这也导致了芳纶无法用常规的加热熔融的加工方法。
但芳纶的酰胺结构使它可以溶于强质子酸类如浓硫酸、氯磺酸等,或非质子性的酰胺类溶剂,但用酰胺类溶剂时需有氯化钙或氯化锂等作为助溶剂,以提高芳纶的溶解性。
利用这种特性,芳纶可以溶解在硫酸或酰胺类化合物中进行加工。
而芳香族聚酰胺特有的刚性结构,使芳纶溶液在一定条件下,可以出现各向异性,即液晶相,在这种液晶相的条件下加工的芳纶产品的性能可大为提高。
而要出现各向异性的液晶态溶液,芳纶产品的分子量必须达到一定的值、溶液的浓度达到临界值、温度在一定范围之内。
Stephaine Kwolek在上世纪60年代就通过光学、力学等方法研究了聚苯甲酰胺(芳纶14,即PBA)、聚对苯二甲酰对苯二胺(芳纶1414,即PPTA)在硫酸中的液晶相行为:当硫酸的浓度超过98%时,芳纶的浓溶液(大于8%)就会呈现各向异性,即液晶态[10]。
管宝琼也利用类似方法研究了聚对苯二甲酰对苯二胺的硫酸溶液在不同浓度、温度下的相行为,发现PPTA/硫酸溶液不仅随着浓度的增加由各向同性溶液转变为各向异性溶液、然后进一步转变为各向异性固体;而且在某一特定浓度的体系有一个温度范围,在此温度区间内是各向异性液体,低于这个温度范围为各向异性固体,高于这个范围就变成各向同性溶液[11]。
Stephaine Kwolek也利用类似方法,研究了芳纶产品在酰胺类溶剂+助溶剂体系中的相行为。
以PBA/DMAc、LiCl体系为例,在添加一定量的LiCl作为助溶剂的情况下,随着溶液浓度的增加溶液从各向同性溶液、先转变为既有各向同性又有各向异性的溶液、再转变为各向异性溶液、最后变为各向异性固体。
某一特定的浓度PBA/DMAc、LiCl体系溶液在温度改变时,其相变的趋势和浓硫酸溶液中的相变趋势类似。
[12]科研工作者发现芳纶的同一类溶液体系中,各向异性溶液的粘度要低,因此在其粘度随着浓度、温度的变化会在各向异性相时会出现一个低谷。
这对芳纶的加工是极为有利的。
而在芳纶溶液在各向异性相即液晶态时,分子链段会在剪切等应力作用下取向。
这些对于芳纶性能产品的力学具有重要的意义。
充分研究芳纶在溶液中液晶态行为,可以使我们对芳纶产品的性能有更加充分的认识。
[11]2、芳纶的加工的分级芳纶具有高强度、高模量和耐高温等优良性能,其强度是钢丝的5-6倍,模量为钢丝或玻璃纤维的2-3倍,韧性是钢丝的2倍。
芳纶在其高性能的同时,也造成加工的困难。
因为芳纶不能熔融,已经工业化的几种芳纶产品,无法进行注塑、挤出等,只能在溶液中加工。
而在溶液状态加工,就只能采取纺丝、成膜等工艺。
芳纶常用的加工方法就是纺成长丝,或者通过浆粕化、长丝短切得到短纤维。
长丝、浆粕等纤维态产品,应用的领域较为狭窄,为了获得更广泛的应用,更好的发挥芳纶的优异性能,就要进一步加工。
如长丝虽可作为复合材料中的骨骼材料,但进一步的加工,编成缆绳、纺成芳纶布等,应用更加广泛;短纤维可以代替玻纤用于注塑、复合材料,而抄纸后,应用的可能性更多。
为了更好的描述芳纶的加工,我们对芳纶的加工进行分级,以方便进行细化分析。
2.1、一级加工[13]由芳纶原料直接加工得到产品,可以称为一级加工产品,如纺出的长丝和反应得到的浆粕。
最初,杜邦公司工业化的产品Kevlar是先合成得到树脂,再将合成好的聚合物溶于浓硫酸中,调整合适的浓度,加热到一定温度得到液晶溶液,然后挤出、拉伸、凝固、洗涤、中和、干燥、卷绕,得到芳纶长丝。
此为两步法纺丝工艺。
后来科学家们通过实验发现,在酰胺类溶剂+氯化锂等助溶剂中通过低温聚合得到的反应液,这种反应液经过滤、喷丝、凝固,洗涤、热拉伸直接得到芳纶长丝,此为一步法聚合工艺。
纺丝的工艺又可以分为干法、干-湿法、湿法纺丝。
干-湿法、湿法纺丝都需要凝固浴,因此需要复杂的溶剂回收系统。
而干法纺丝使用热空气吹去溶剂,达到纤维固化。