芳香族聚酰胺纤维耐高温性能分析-中国聚合物网.pdfVIP

芳香族聚酰胺纤维耐高温性能分析 王新威 胡祖明 刘兆峰 （东华大学纤维材料改性国家重点实验室，上海，200051 ） 关键词： 耐高温性，PMIA ，PBA ，PPTA 纤维的耐高温性是指纤维在高温条件下较长时间保持常温下所具有的物理 力学性能的能力。从物理状态的角度出发，可用玻璃化转变温度（Tg ）、软化 温度（Ts ）或熔融温度（Tm ）进行表征；而往往通过纤维受热时力学性质的变 化来评定。在分析耐高温原因时，一般提出热稳定性这一概念来进行说明。热稳 定性是指材料的化学结合发生变化的性质。通常用聚合物在惰性气体或空气中的 [1] 分解温度来表征 。 芳香族聚酰胺纤维是耐高温纤维中非常重要的一类高性能纤维。表1列出脂 肪族聚酰胺聚合物、聚酯及芳香族聚酰胺纤维的主要代表产品及耐高温性能指 标。由表可知，苯环代替脂肪碳链导致聚酰胺纤维耐高温性增强。表中聚对苯二 甲酸乙二酯（PET ）分子链中包括刚性的苯环和柔性的脂肪烃基，其耐高温性能 则间于脂肪族聚酰胺纤维与芳香族聚酰胺纤维之间，其中关于酰胺基、酯基及共 轭效应等对耐高温性能的影响将在以后的研究中探讨。随着苯环加入线性分子链 中，纤维的玻璃化温度、熔融温度升高，且全芳香族聚酰胺纤维没有熔融，直接 发生分解，纤维的热稳定性大大提高。更为瞩目的是，PBA与PPTA具有高强高 [2, 3] [3] 模的特点 。另外，关于脂肪族－芳香族聚酰胺的聚合物也有报道 ，其Tg、 Tm在全脂肪族与全芳香族聚酰胺纤维之间，而且酰胺基与苯环由于间位或对位 的不同连接方式对Tg、Tm也有较大影响。 图1 为空气氛围下升温速率均为20 ℃/min 时PMIA 、PBA 与PPTA 的热失 重图谱。从图中可以看出， PMIA 的失重主要有两个峰，第一次是在 300℃与 400 ℃之间，第二次是在450 ℃到500℃之间，这两部分失重与纤维的降解有关， [4] 其中第一次主要是聚合物的异裂，而第二次则主要是聚合物的均裂 。PPTA 在 400 ℃以下失重很少，但在 400 ℃以上热分解速率较快。原因是空气中高温作用 下PPTA 发生热氧化反应，在300-450℃下生成CO 、CO、H O 等挥发性物质， 2 2 在450-510 ℃下，由于酰胺健、芳香胺键的均裂及羰基脱酰反应而使PPTA 发生 快速的热分解，同时生成如苯、苯甲酸、对苯二胺、苄腈、苯胺、苯甲酰苯胺等 [5] 物质 。PBA 的热分解过程基本与PPTA 类似，开始分解温度约300℃，整个分 解过程比PPTA 缓和，分解终止温度超过了700℃。从整个曲线变化来看，PMIA 、 PPTA 及PBA 的热稳定性依次增加。其中PMIA 与PPTA 比较，开始热分解温度 PPTA 较PMIA 的高，而分解速率与分解终止温度基本相同；PBA 开始分解温度 在两者之间，但分解速率较两者慢，且分解终止温度较PMIA 与PPTA 高出大约 100℃。 Table 1 High Temperature Performance of Aliphatic Aromatic Fibers 玻璃化 热分解 最高使 熔融温 聚合物 分子结构 温度/ 温度/ 用温度 度/ ℃