聚间苯二甲酰间苯二胺纤维
芳纶纳米纤维基导电复合材料的发展与应用
芳纶纳米纤维基导电复合材料的发展与应用芳纶是以芳香族大分子原料经缩聚纺丝制得的线性高分子纤维，具有机械性能强、质量轻、耐酸碱等优异性能，分为间位芳纶和对位芳纶［口。
间位芳纶(PMIA)全称为聚间苯二甲酰间苯二胺纤维，常称为芳纶1313纤维，由于间位芳纶聚合导致得到的聚合物呈锯齿状，强度模量都略低于对位芳纶，所以本文所介绍的芳纶以对位芳纶为主。
对位芳纶(PPTA)全称为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维，常称为芳纶1414纤维，其分子结构如图1所示。
PPTA分子以一种网状相互交联的形式结晶成高聚物，分子链中被苯环分离的酰胺基团与苯环形成了π-π共朝结构，内旋位能高，使分子链呈现为刚性的平面棒状［1］。
以PPTA为原料利用造纸技术制备出的功能性薄膜材料，由于具有很好的抗冲击性、阻燃性和热稳定性，因此被广泛用于航空航天材料及军事领域。
但由于纤维表面光滑，缺少化学活性基团，限制了其在纳米复合材料中的应用［2］。
芳纶纳米纤维(ANFs)是将芳纶纤维通过处理制成的直径为十几到几百纳米、长度为几至几十微米的纳米化纤维［3］。
ANFs作为一种高分子纤维，分子间可以通过氢键作用结合制成芳纶纳米纸或芳纶纳米膜，由于具有较强的力学性能和良好的高温稳定性，被广泛用于特种纸的制备及航空航天重要的结构减重与耐高温材料。
ANFs既保留了芳纶纤维的化学组成和晶体结构，又具有较大的比表面积与长径比，因此可以与其他材料进行复合，在电池隔膜、复合增强材料和柔性电极等多个领域都显示出一定的应用潜能与发展前景。
图1对位芳纶的分子结构图Fig. IMolecularstruetureofpara-aramid柔性电子器件以其独特的柔性、延展性和高效、低成本的制造工艺，在信息能源、医疗和国防等领域具有广泛的应用［4］。
将纳米纤维材料与导电复合材料结合制作柔性、可穿戴电子器件已成为近些年来的研究热点。
由于ANFs具有良好的力学性能，以及纤维表面丰富的酰胺基团，其与导电材料复合应用在电磁屏蔽、传感、电化学储能等领域，具有广阔的发展前景。
芳纶纤维材料及其应用
芳纶纤维材料及其应用摘要：本文对芳纶纤维的发展概况，结构性能以及主要应用领域作简单介绍。
最后分析一下芳纶纤维的发展前景。
关键词：芳纶纤维材料；芳纶1313；芳纶1414；结构性能；应用；发展前景Aramid fiber material and its applicationAbstract：In this paper, the general development of aramid fiber, structure, performance and main application field are introduced.Finally, analysis of the development of the aramid fiberKey words:Aramid fiber material;Aramid 1313; Aramid 1414;Structure performance; Application; Future development1 芳纶纤维概况芳纶纤维即芳香族聚酞胺纤维，是以芳香族化合物为原料经缩聚纺丝制得的合成纤维。
芳香族聚酰胺纤维首先是由美国杜邦公司于1965年引入市场的。
这种间位取向的芳香族聚酰胺纤维称作Nomex。
上世纪70年代早期，杜邦公司开发了第二种产品即对位芳香族聚酰胺纤维Kevlar，并且此后一直占据芳纶的首要地位，直到1986年荷兰Akzo公司的Twaron、1987年日本帝人公司的Technora及俄罗斯的ARMOC纤维的出现，才使Kevlar独占体系崩溃。
[1]芳纶纤维工业化的产品有两种：芳纶1313（全称为聚间苯二甲酰间苯二胺纤维）和芳纶1414（全称为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维）。
芳纶纤维具有良好的抗冲击和耐疲劳性能，有良好的介电性和化学稳定性，耐有机溶剂、燃料、有机酸及稀浓度的强酸、强碱，耐屈折性和加工性能好。
它可用普通织机编织成织物，编织后其强度不低于原纤维强度的90%[2]。
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（%）
芳香族酰胺(1)
芳香族聚酰胺纤维
间位芳香族聚酰胺(PMIA)纤维
结构
NH NH C O CO n
PMIA纤维大分子中的酰胺基团与间位苯基相互连接，其 共价键没有共轭效应，内旋转位能相对于PPTA低一些， 大分子链呈现柔性链结构。
芳香族聚酰胺纤维
结构 纤维的结晶结构为三斜晶系， 结晶尺寸a=5.27Å，b=5.25Å， c=11.3Å，α=111.5º ， β=111.4º ，γ=88.0º 。
间位芳香族聚酰胺(PMIA)纤维
c轴的长度表明它比完全伸直链 短9%。苯环和酰胺之间以及C-N 键的旋转位能较高，阻碍了 PMIA分子链成为完全伸直链构 象。
晶体内相邻分子链间的氢键作 用强烈，使PMIA纤维化学结构 稳定。
芳香族聚酰胺纤维
聚对苯甲酰胺(PBA)纤维
聚合物的制备及纺丝 PBA通常由对氨基苯甲酰氯或亚硫酸胺苯甲酰氯在极 性有机溶剂中经低温缩聚制得。 PBA溶液可以直接纺丝，也可制成粉末，粉末溶于溶 剂配成向列型液晶再纺丝。
芳香族聚酰胺纤维
对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维
结构
NH NH CO CO
n
分子中的骨架原子通过强共价键结合，键能非常大。
长链分子中的酰胺基被苯环间隔且与苯环形成共轭效应，内 旋转位能相当高，键的自由旋转受阻，酰胺基和苯环能在一 个平面内稳定共存，大分子呈平面刚性伸直链构象。
芳香族聚酰胺纤维
芳香族聚酰胺纤维
间位芳香族聚酰胺(PMIA)纤维
间位芳香族聚酰胺(PMIA)纤维，即聚间苯二甲酰间苯二胺纤 维，是由美国杜邦公司开发并于1967年实现工业化生产，商 品名为Nomex。
认识芳纶
芳纶1313的生产、性能及其应用 的生产、 第三节 芳纶 的生产
• 芳纶 芳纶1313的结构、性能及用 的结构、 的结构
聚间苯二甲酰间苯二胺即MPIA，分子结构为
芳纶1313的生产、性能及其应用 的生产、 第三节 芳纶 的生产
芳纶1313的生产、性能及其应用 的生产、 第三节 芳纶 的生产
• 芳纶 芳纶1313的性能 的性能
第一节 认识芳纶
芳纶是一种高强度、高模量、低密度 和耐磨性好的本质耐热阻燃纤维。它的全 称是芳香族聚酰胺纤维，简称芳纶。 商用芳纶主要分间位芳纶和对位芳纶 两大类。间位芳纶主要有杜邦的Nomex、帝 人的Conex等；对位芳纶主要有杜邦的 Kev1ar、帝人的Twaron、Technora等。
第一节 认识芳纶
第四节 芳纶1414的性能、生产和应用
• 1、芳纶1414又称为对位芳纶 芳纶1414又称为对位芳纶 1414 聚对苯二甲酰对苯二胺PPTA 纤维，分子链排列呈直 线状在我国被称为芳纶1414，1972 年首次由Du Pont 公 司制备出来，其由于高性能而广泛应用于特种服装、航空 航天、电缆以及复合材料中。聚对苯二甲酰对苯二胺（ PPTA）纤维，由于PPTA表现出溶致液晶性，是一种重要的 主链型高分子液晶。高分子液晶的工业化是以对位芳纶的 另一个差别化产品是浆粕纤维（PPTA-pulp）。它具有长 度短（小于等于4mm）、毛羽丰富、长径比高、比表面积 大（可达7-9m2/g）等优点，可以更好地分散于基体中制 成性能优良的各向同性复合材料，其良好的耐热性、耐腐 蚀性和好的机械性能，在摩擦密封复合材料(代替石棉)中 得到了更好的应用。
第二节 芳纶商业市场前景
• 芳纶的目前市场和价格
近年来，芳纶产业市场容量不断扩大，需求量与日俱 增，据统计，我国每年直接和间接进口芳纶及相关制品总 额达到了近10亿元人民币，进口量3000t左右，国内年需 求量也达到了5000-5500吨，市场潜力极大。鉴于此，实 现对位芳纶的大规模国产化将具有重要的经济和战略意义 。与对位芳纶不同的是，我国在间位芳纶产业化方面已经 取得重要突破，山东烟台氨纶股份有限公司自1999年正式 开始间位芳纶的研发工作，先后成功进行小试和中试，并 于2004年5月成功地实现了间位芳纶的工业化生产，经扩 建，目前总生产能力已达到4300t/a，仅次于美国杜邦公司 ，成为了世界第二大间位芳纶制造和供应商。而从对位芳 纶的历史价格趋势观察获悉：自对位芳纶问世以来，其价 格呈现戏剧性的变化。
聚间苯二甲酰间苯二胺干-湿法及干法纤维静电成形研究
ｍｏ ｐ ｏｏ ｙ ｏ ｈ ｒ ｈ ｌｇ ｆｔ ｅＰＭ Ｉ ｕ ｔａｆ ｅｆ ｅ ｓｐ ｏ ｕ ｅ ｙ ｅｅ ｔｏ ｐｎ ｉｇ Ａ ｌ —ｉ ｉ ｒ ｒ ｄ ｃ ｄ ｂ ｌｃｒ ｓ ｉｎｎ ． ｒ ｎ ｂ
Ｋ ｙ ｗ ｒｓ ｉｎｃ ｉｕｄ ＭＩ （ ｏｙ （ ｐ ｅ ｙｅ ｅ ｉ ｐ ｔａａ ｄ ） ； ｄｙｊｔ ｔ ｌｃｒｓ ｉｎｎ ； ｅ ｏｄ ： ｏ ｉ ｑ ｉ；Ｐ Ａ ｐ ｌ ｍ—ｈ ｎ ｌ ｓ ｈ ｈ ｌｍｉｅ ） ｒ－ — ｅ ｔｏ ｐ ｉｇ ｌ ｎ ｏ ｅ ｗｅ ｅ ｎ
Ｓｕ ｙｏ ｈ ｏｐ ｏ ｇ ｆ ｈ ｏｙ ｍ—ｈ ｎ ｌｎ ｏ ｈｈ ｌ ｄ ） ｔｄ ｎｔｅＭ ｒｈ ｌ ｙｏ ｅＰ ｌ（ ｐ ｅ ｙｅ ｅ ｉ ｐ ｔａａ ｅ ｏ ｔ ｓ ｍｉ
Ｆｉ ｅ ｓ ｂ ｂ ｒ ｙ Ｓｅｍ ｉ ｙ Ｗ ｅ ｎ ｙ Ｅｌ ｔＯ ｐｎ ｉｇ － Ｄｒ － ｔａ ｄ Ｄｒ ｅｃ ｒ ｓ ｉｎｎ
ｅ ｃ ｏｐ ｎ ｇａｄ ｄｙ ｅ ｃ ｏｐ ｎ ｇ ｆ ｍ Ｐ Ａ（ｏｙ（ －ｈｎ ｌ ｅｉ ｐ ｔａ ｍ ｄ ）／ ｂ ｉ Ｂ ４ ｌ ｔ ｓｉ ｉ ｎ ｒ ｌ ｔ ｓｉ ｉ ｒ ＭＩ ｐ ｌ ｍ ｐ ｅｙｅ ｏｈｈｌ ｉｅ） ［ ｍ ｍ］ Ｆ ｅｒ ｎ ｎ ｅｒ ｎ ｎ ｏ ｎ ｓ ａ ｓ ｌｔ ｎａ ｄＰ Ａ ＤＭＡｃ（ ｉ ｔｙａ ｅａ ｄ ） ｏｕ ｉｎ ｏｕｉ ｎ ＭＩ ／ ｏ ｄｍｅｈ ｌ ｔｍｉｅ ｓ ｌｔ ．Ｔｈ ｒｃｓ ｆ ｅ —ｒ－ ｔｅ ｃｒｓ ｉｎｎ ｎ ｃ ｏ ｅ ｏ ｅｓ ｍｉ ｙｗｅ ｌ ｔｏｐｎ ｉ ａ ｄ ｐ ｏｓ ｄ ｅ ｇ
芳纶
用作复合材料
特别是因其比重小，在某些情况下，可与 碳纤维竞争。芳纶1414/碳纤维按不同比例混 用后，芳纶1414的压缩特性和碳纤维的耐冲击 特性都得到了改善，二者的巧妙配合，是高性 能复合材料发展方向之一。
用于高强轮胎帘子线
芳纶1414比重小，强度高，耐热性好，并 且对橡胶有良好的粘附性，所以成为最理想的 帘子线纤维。 目前世界几大轮胎巨头米其林、固特异、 倍耐力等公司都已采用芳纶1414作轮胎帘子线， 大量用于高级轿车领域。.
芳纶1313
芳纶1313在美国的商品名称叫诺曼克斯（Nomex）。 1967年正式工业化生产。是一种耐高温纤维， 由聚间苯二甲酰间苯二胺构成，是目前所有耐 高温纤维中产量最大、应用最广的一个品种。
聚间苯二甲酰间苯二胺
芳纶1313的特点
热稳定性。芳纶1313最突出的特点就是耐高,可在 220℃高下长期使用而不老化, 而且尺寸稳定性极佳, 在250℃左右的热收缩率仅为1%,短时间暴露于300℃ 高中也不会收缩、脆化、软化或者融熔,在超过370℃ 的强下才开始分解,400℃左右开始碳化 阻燃性。芳纶1313的极限氧指数大于28%,属于难燃 纤维,所以不会在空气中燃烧,也不助燃,具有自熄性。 电绝缘性。芳纶1313介电常数很低,固有的介电强度 使其在高、低、高湿条件下均能保持优良的电绝缘性, 用其制备的绝缘纸耐击穿电压可达到10万伏/mm2,是 全球公认的最佳绝缘材料。
聚对苯二甲酰对苯二胺纤维
芳纶1414的制造是采用干-湿法纺丝法 干-湿法纺丝是纺丝液从喷丝孔喷出后,先穿过 一层5-10mm的空气层,在这一空气层中纤维的 喷丝头拉伸倍数较高,因而纺丝速度比湿纺法 高得多. 其次,与湿纺相比,干-湿法纺可采用孔眼直径较 大的喷丝头,所以能采用浓度较高和温度高的 纺丝液.
芳香族聚酰胺
芳香族聚酰胺芳香族聚酰胺是20世纪60年代首先由美国杜邦公司开发成功的耐高温、耐辐射、耐腐蚀尼龙新品种。
目前投入实际应用的主要有两种：诺梅克斯（间位芳纶或芳纶1313）：人造纤维，化学名称：为聚间苯二甲酰间苯二胺（MPIA）。
结构特性：1、分子链中交替排列的苯环，使分子链不能内旋转。
2、极性酰胺基在分子链之间形成氢键，增大分子主链之间的作用力。
3、苯环与酰胺基之间形成共轭体系。
以上三点赋予了材料有很优异的耐热性、突出的强度、刚度、高熔点、高黏度。
制备方法：以间苯二甲酰氯和间苯二胺为单体进行界面缩聚或低温溶液缩聚。
界面缩聚是将间苯二甲酰氯溶于环己酮中成为有机相，间苯二胺溶在碳酸钠水溶液中成为水相，在快速搅拌下将水相倒入有机相，两相在界面进行缩聚。
Nomex具有远高于脂肪族PA的力学性能和耐热性能，1、寿命长：作为纤维织物，是脂肪族PA纤维布的8倍，棉布的20倍；2、良好的耐热老化性：250oC经2000h热老化后，表面电阻率和体积电阻保持不变；3、较好的电性能：在较高温度或潮湿的环境下仍可保持较好的电性能。
主要用于 H级电绝缘材料和制备高性能纤维（HT-1纤维）耐热性能测试：在实验室中进行耐热测试。
必须能够经受距离为3厘米，摄氏300到400度的明火，如果在10秒内没有点着，才可用于制造赛服。
车手和车队人员的内衣、头罩、袜子和手套都是用诺梅克斯制造的。
全对位聚芳酰胺是酰胺基位于苯环对位的一种聚芳酰胺，制备方法有两种。
1、对苯二胺与对苯二甲酰氯缩聚缩聚产物称聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA），又称芳纶1414树脂主要用于制备凯夫拉（Kevlar）纤维2、对氨基苯甲酸自缩聚缩聚产物为聚对苯甲酰胺（PBA），又称芳纶14，也用于制纤维，称为B纤维如欲加入艾邦高分子工程塑料交流群，可以加群主：181431895这是一种芳纶复合材料，全对位聚芳酰胺具有超高强度、超高模量、耐高温、耐腐蚀、阻燃、膨胀系数小等一系列优异性能。