對位芳綸1414

性質(zhì)

　　芳綸1414，其化學(xué)名稱為聚對苯二甲酰對苯二胺polyterephthaloyl-p-phenylenediamine fibre;Fanglun 1414英文名稱簡稱PPTA)。 美國杜邦公司商品名為Kevlar。它是*個(gè)有價(jià)值并且現(xiàn)在仍然在大量生產(chǎn)和使用的高性能纖維。

發(fā)展歷史

　　目前共有四家企業(yè)實(shí)現(xiàn)了芳綸1414的產(chǎn)業(yè)化，其中，美國杜邦公司在美國、英國、日本設(shè)有工廠，年產(chǎn)能合計(jì)約33,000噸；日本帝人公司在日本、荷蘭設(shè)有工廠，年產(chǎn)能合計(jì)約24,500噸；韓國科隆公司僅在該國設(shè)有工廠，年產(chǎn)能約1,000噸。俄羅斯的產(chǎn)品和工藝*不同于杜邦和帝人，其產(chǎn)能為1,000噸/年。 目前國內(nèi)尚未有芳綸1414規(guī)模化生產(chǎn)企業(yè)，煙臺(tái)氨綸的芳綸1414已進(jìn)入中試階段，為國內(nèi)芳綸1414的*。據(jù)我們了解，目前中試進(jìn)展順利，公司方面正在朝著2010年底前達(dá)產(chǎn)的既定目標(biāo)穩(wěn)步前進(jìn)。由于芳綸1414在軍事方面的應(yīng)用較為廣泛，美國杜邦長期對我國進(jìn)行技術(shù)封鎖，制約了我國在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用和開發(fā)。芳綸1414 有*的強(qiáng)度，大于28 克/ 旦，是鋼材的5～6 倍，模量是鋼材或玻璃纖維的2～3 倍，韌性是鋼材的2 倍，而重量僅為鋼材的1/5。（芳綸1414的強(qiáng)韌性也使其裁切與加工異常困難，需要昂貴的工具）。芳綸1414的連續(xù)使用溫度范圍極寬，在-196℃至204℃范圍內(nèi)可長期正常運(yùn)行。在150℃下的收縮率為0，在560℃的高溫下不分解不熔化，耐熱性更勝芳綸1313 *，且具有良好的絕緣性和抗腐蝕性，生命周期很長，因而贏得“合成鋼絲”的美譽(yù)。從芳綸1414的分子結(jié)構(gòu)式可以看出，它的分子結(jié)構(gòu)排列非常的規(guī)整，整個(gè)分子主鏈為苯環(huán)和酰胺鍵交替結(jié)構(gòu)，并且形成了π共軛效應(yīng)，分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)位能相當(dāng)高,分子鏈節(jié)呈平面剛性伸直鏈，使其具有*的拉伸強(qiáng)度(僅次于玻璃纖維、石墨纖維和聚苯并咪唑纖維) 和優(yōu)異的耐熱性和韌性，同時(shí)它還有良好的耐強(qiáng)堿性、耐有機(jī)溶劑和耐漂白性能以及抗蟲蛀和霉變。

合成

　　一般的研究者采用如下的合成途徑來得到芳綸1414的聚合物（PPTA）：

　　這個(gè)反應(yīng)一般是在低溫下溶液中進(jìn)行。也有使用對苯二甲酸來替代上面的對苯二甲酰氯，然后在催化劑和加熱的情況下進(jìn)行反應(yīng)，但是這種方法在操作上不如前者容易。要得到高強(qiáng)度的聚合物長絲，一般要結(jié)構(gòu)單元的聚合度要達(dá)到80，相應(yīng)的分子量為18000左右。

紡絲

　　芳綸1414的聚合物（PPTA）不溶于大多數(shù)的有機(jī)和無機(jī)溶劑，其熔點(diǎn)高于降解溫度（500℃左右），因此不可能進(jìn)行熔體紡絲。然而，PPTA 可溶于某些強(qiáng)酸中。人們發(fā)現(xiàn)無水硫酸是用于PPTA 濕紡的一種較為廉價(jià)的紡絲溶劑。

　　只要PPTA 聚合物的濃度低(大約10% 以下) ， 那么聚合物中的棒形鏈狀分子則呈無規(guī)任意取向并且聚合物溶液內(nèi)的分子結(jié)構(gòu)呈各向同性。然而在較高的濃度下, 聚合物分子鏈在小區(qū)域內(nèi)呈有序排列并在該區(qū)域內(nèi)發(fā)生分子取向, 各區(qū)域彼此之間仍呈無規(guī)取向。但此時(shí)聚合物的分子結(jié)構(gòu)不再是各向同性而是各向異性了。這樣的聚合物溶液具有液晶性質(zhì), 而且是溶致性液晶溶液(向列型晶體結(jié)構(gòu)) , 我們可以利用溶液由各向同性向各向異性轉(zhuǎn)變時(shí)的粘度劇降來獲得可紡性良好的溶致性液晶紡絲液。當(dāng)這樣的聚合物溶液經(jīng)由噴絲板的細(xì)孔(直徑約50 Lm) 噴出紡絲且在凝固浴內(nèi)形成微小氣隙時(shí), 聚合物中的分子鏈則大部分沿纖維軸向平行排列。毛細(xì)管內(nèi)的剪切形變和微小氣隙是長絲內(nèi)的分子近乎*排序的主要原因。得到纖維的這種所謂的次晶結(jié)構(gòu)不具有任何非晶態(tài)區(qū)域, 它所形成的是一種單相半結(jié)晶系統(tǒng)。相比之下, 像聚酰胺和聚酯這樣的各向同性半結(jié)晶性聚合物則是由晶區(qū)和非晶區(qū)所組成, 而且形成的是一種雙相的結(jié)晶系統(tǒng)。

纖維的結(jié)構(gòu)與性能

　　芳綸1414纖維的性能，特別是其強(qiáng)度主要取決于聚合物的分子量和分子量分布及其結(jié)晶程度。影響上述這些性質(zhì)的參數(shù)有許多。通過提高紡絲原液中的聚合物濃度，就可以在濕紡加工過程中提高纖維中鏈狀分子的取向度，從而使纖維獲得較高的強(qiáng)度。原則上，較高的分子量也可以提高纖維的強(qiáng)度值。目前標(biāo)準(zhǔn)長絲的聚合度為75～80，其相應(yīng)的分子量為18 000～ 19 000。

　　阿克蘇?諾貝爾公司的科學(xué)家van A art sen和No rtho lt 于1973 年公布了他們對他們的PPTA纖維（Twaron）結(jié)晶結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)研究成果。下圖為他們的PPTA纖維（Twaron）的 晶體結(jié)構(gòu)(晶格)。分子與纖維的軸向平行取向，苯環(huán)之間的立體位阻現(xiàn)象是造成PPTA 鏈形分子呈棒狀形態(tài)的主要原因。次晶結(jié)構(gòu)是一種單相晶體結(jié)構(gòu)，其局部的結(jié)晶近乎*，但是在較長的距離內(nèi)存在著某些晶體缺陷。Twaron 纖維在纖維軸向上的強(qiáng)度很大(強(qiáng)共價(jià)鏈) 而橫向上的強(qiáng)度較小。模型顯示分子鏈?zhǔn)怯上鄬^弱的氫鏈合力將它們共同保持在一個(gè)方向上， 而在另一方向上分子鏈則是由更弱的范德瓦爾斯鍵合力來保持。因磨蝕所產(chǎn)生的纖維原纖化傾向是因缺少強(qiáng)有力的橫向鍵合力所造成的。

用途

　　用于航空航天領(lǐng)域芳綸纖維樹脂基增強(qiáng)復(fù)合材料用作宇航、火箭和飛機(jī)的結(jié)構(gòu)材料，可減輕重量，增加有效負(fù)荷，節(jié)省大量動(dòng)力燃料。如波音飛機(jī)的殼體、內(nèi)部裝飾件和座椅等成功地運(yùn)用了芳綸1414 材料，重量減輕了30%。

　　用于高強(qiáng)輪胎簾子線芳綸1414比重小，強(qiáng)度高，耐熱性好，并且對橡膠有良好的粘附性，所以成為的簾子線纖維。目前世界幾大輪胎*米其林、固特異、倍耐力等公司都已采用芳綸1414作輪胎簾子線，大量用于轎車領(lǐng)域。.

　　用于土木結(jié)構(gòu)工程由于芳綸1414具有輕質(zhì)高強(qiáng)、高彈模、耐腐蝕、不導(dǎo)電和抗沖擊等性能，可用于對橋梁、柱體、地鐵、煙囪、水塔、隧道及電氣化鐵路、海港碼頭進(jìn)行維修、補(bǔ)強(qiáng)，特別適合對混凝土結(jié)構(gòu)的加固與修復(fù)。

　　在眾多領(lǐng)域大顯身手芳綸1414還可在充氣膠皮制品（如充氣救生筏、充氣舟橋等）、耐腐蝕容器、輕型油罐及大口徑原油排吸管中作骨架材料；用于制作耐高溫、耐切割防護(hù)手套；利用其自潤滑性、耐熱性和韌性，可代替有致癌物質(zhì)的石棉制造隔熱防護(hù)屏、防護(hù)衣及密封材料；還可替代石棉和玻璃纖維來補(bǔ)強(qiáng)樹脂，用作耐摩擦、絕熱和電絕緣材料；制作艦船繩纜，海底電纜、雷達(dá)浮標(biāo)系統(tǒng)和光導(dǎo)纖維增強(qiáng)繩纜；制造高強(qiáng)度低重量的運(yùn)動(dòng)器材，如滑雪板、劃艇和皮艇等等。總之，凡要求高強(qiáng)度、耐拉伸、抗撕裂、防穿刺及耐高溫的場合，都是芳綸1414大顯身手的領(lǐng)域，具有不可替代的*性。

芳綸1313

物理化學(xué)性質(zhì)

　　聚間苯二甲酰間苯二胺纖維;芳綸1313;polyisophthaloyl metaphenylene diamine fibre;Fanglun 1313;Nomex

　　分子式：

　　分子量：

　　CAS號(hào)：

　　密度：1.33～1.36g/cm3.

　　用途：一種聚酰胺纖維。主要用于防原子能輻射、高空高速飛行材料等方面。也可用于特殊要求的輪胎窗子線。主要用于制防輻射衣料、航天衣料，也用于制耐高溫衣料、蜂窩制件、高溫線管、飛機(jī)油箱、防火墻、反滲透膜或中空纖維等。

　　制備或來源：由間苯二甲酸間苯二胺縮聚后經(jīng)溶液紡絲而成。

　　備注：斷裂強(qiáng)度0.4～0.53牛/特，伸長率30～50%，回潮率6.5%。耐酸、堿、霉、老化。其摩擦性、抗腐蝕性，強(qiáng)度和彈性也好。缺點(diǎn)是耐光性差。

發(fā)展

　　芳綸1313zui早由美國杜邦公司研制成功并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)品注冊為Nomex（諾美克斯）。

　　這是一種柔軟潔白、纖細(xì)蓬松、富有光澤的纖維，外觀與普通化纖并無區(qū)別，卻集眾長于一身，擁有超乎尋常的特殊功能。

一、持久的熱穩(wěn)定性

芳綸1313zui突出的特點(diǎn)就是耐高，可在220℃高下長期使用而不老化，其電氣性能與機(jī)械性能可保持10年之久，而且尺寸穩(wěn)定性，在250℃左右的熱收縮率僅為1％，短時(shí)間暴露于300℃高中也不會(huì)收縮、脆化、軟化或者融熔，在超過370℃的強(qiáng)下才開始分解，400℃左右開始碳化——如此高的熱穩(wěn)定性在目前有機(jī)耐纖維中是*的。

二、驕人的阻燃性

　　材料在空氣中燃燒所需氧氣體積的百分比叫做極限氧指數(shù)，極限氧指數(shù)越大，其阻燃性能就越好。通常空氣中氧氣含量為21％，而芳綸1313的極限氧指數(shù)大于28％，屬于難燃纖維，所以不會(huì)在空氣中燃燒，也不助燃，具有自熄性。這種源于本身分子結(jié)構(gòu)的固有特性使芳綸1313*阻燃，因此有“防火纖維”之美稱。

三、的電絕緣性

　　芳綸1313介電常數(shù)很低，固有的介電強(qiáng)度使其在高、低、高濕條件下均能保持優(yōu)良的電絕緣性，用其制備的絕緣紙耐擊穿電壓可達(dá)到10萬伏/mm2，是*的絕緣材料。

四、杰出的化學(xué)穩(wěn)定性

　　芳綸1313的化學(xué)結(jié)構(gòu)異常穩(wěn)定，可耐大多高濃無機(jī)酸及其它化學(xué)品的腐蝕、抗水解作用和蒸汽腐蝕。

五、優(yōu)良的機(jī)械特性

　　芳綸1313是柔性高分子材料，低剛度高伸長特性使之具備與普通纖維相同的可紡性，可用常規(guī)紡機(jī)加工成各種織物或無紡布，而且耐磨抗撕裂，適用范圍十分廣泛。

六、*的耐輻射性

芳綸1313耐α、β、χ射線以及紫外光線輻射的性能十分優(yōu)異。用50Kv的χ射線輻射100小時(shí)，其纖維強(qiáng)度仍保持原來的 73％，而此時(shí)的滌綸則早已成了粉末。

　　*而穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)賦予芳綸1313諸多優(yōu)異性能，通過對這些特性加以綜合利用，一系列新產(chǎn)品不斷地開發(fā)出來，在安全防護(hù)、高過濾、電氣絕緣、結(jié)構(gòu)材料等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣，普及程度越來越高，已成為軍事、產(chǎn)業(yè)、科技等許多領(lǐng)域*的重要基礎(chǔ)材料。

　　由于芳綸1313生產(chǎn)工藝極其復(fù)雜、技術(shù)難度大、投資成本居高不下等原因，長期以來，世界上僅美國、日本有能力生產(chǎn)，并控制著芳綸市場。值得驕傲的是，在我國，煙臺(tái)氨綸有限公司經(jīng)過數(shù)年攻關(guān)，沖破各種艱難險(xiǎn)阻，終于研發(fā)了卓誠芳綸1313，并成功實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，性能與NOMEX相同，價(jià)格卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于杜邦。