芳纶纤维的制造与应用分解.pptVIP

轻化1002 孙正 0902100206 芳纶概述 ★芳纶（aramid fiber）是由芳香族聚酰胺树脂（aromatic polyamide risen）纺成的纤维。 ★国外称为芳酰胺纤维,我国定名为芳纶。 凡聚合物大分子的主链由芳香环和酰胺键构成，且其中至少有85%的酰胺基直接键合在芳香环上，每个重复单元的酰胺基中的氮原子和羰基直接与芳香环中的碳原子相连接并置换其中一个氢原子的聚合物，称为芳香族聚酰胺树脂。 （2）PPTA的结构与组成 PPTA化学结构的特点是： ◇由苯环和酰胺基按一定规律有序排列构成。酰胺基的位置接在苯环的对位上。 ◇在芳纶中，分子内的骨架原子通过强共价键结合；高聚物分子间是酰胺基，由于酰胺基是极性基团，其上的氢能够与另一个链段上酰胺基团中可供电子的羰基（-CO-)结合成氢键，构成梯形聚合物，这种聚合物具有良好的规整性，因此具有高度的结晶性。 ◇芳纶沿分子链方向（平行于纤维轴向）为强共价键；垂直于纤维轴向的分子间以氢键相连，因而纤维显现各向异性（在轴向，?和E高；在横向，?和E均较低）。 ◇苯环呈大共轭键（?键），它难于旋转，所以，大分子链具有线性刚性伸直链（棒状）构型，从而赋予Kevlar纤维高强度、高模量和耐热性。 （3）芳纶的性能 物理性能 ⊙密度小，为1.44g/cm3 ⊙比强度高（高于碳纤维和硼纤维） ⊙比模量虽然较高，但低于碳纤维和硼纤维； ⊙韧性好、抗冲击性好、加工性好； ⊙压缩强度不高（为拉伸强度的1/5）； ⊙剪切强度不高（为拉伸强度的1/17）； ⊙ Kevlar-149的弹性模量高于Kevlar-49； ⊙ Kevlar-149的高温强度保留率最高。 ⊙热稳定、耐火、不溶、自熄性材料。真空中长期使用温度为160℃，-60℃也不脆； ⊙ Tg =（250~400）℃； ⊙热膨胀系数低（300℃以下，纵向?为负值）； ⊙具有良好的耐化学介质性（但不耐强酸、强碱）； ⊙耐疲劳、耐磨、电气绝缘、透电磁波。 ⊙对紫外线敏感。 芳纶的化学性能 芳纶的缺陷 ◇沿纵向排列的杂质Na2SO4； ◇孔洞； ◇表皮轴向裂纹（长20~24nm、宽6~11nm）。 芳纶的不足 ⊙耐光性差，暴露于可见光和紫外线时会产生光致降解（即力学性能下降和褪色）。用高吸收率材料对Kevlar纤维增强聚合物基复合材料作表面涂层，可以减缓其光致降解； ⊙溶解性差； ⊙抗压强度低； ⊙吸湿性强，吸湿后纤维性能变化大，因此应密封保存，在制备复合材料前应增加烘干工序。 （4）PPTA纤维的制备过程 合成PPTA的原料包括： △对苯二甲酰氯（Terephthaloyl chloride） △对苯二胺（p-phenglene diamine） △强极性的酰胺类溶剂（二甲基乙酰胺或六甲基磷酸胺），选用强极性的酰胺类溶剂，是为了将开始生成的聚合物留在溶液中。 PPTA的合成 ②纺丝 ★纺丝液的配制 ▽浓硫酸（浓度为100%）+聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）配成液晶溶液（称为明胶） ▽溶液浓度（配比）：PPTA/浓硫酸=20/100 ▽PPTA在浓硫酸中形成向列型液晶态，聚合物呈一维取向有序排列。 三种纺丝方法： a.湿纺(wet spinning)：将明胶经针孔挤出，进入冷凝液体中快速冷却，最后在惰性气体中热处理。 b.干喷(dry jet)：将明胶由喷丝嘴喷出，经过一段空气层快速拉伸使分子取向，最后进行热处理。 c.干喷—湿纺(the dry jet-wet spinning process)是常用的纺丝方法。 干喷—湿纺(the dry jet-wet spinning process)是常用的纺丝方法。 ☆干喷—湿纺的工艺过程： ▽首先，二元胺和含卤二元酸的溶液在低温下（~0℃）缩聚产生聚酰胺（polyamides）； ▽粉碎、冲洗和干燥，并与强酸（浓硫酸）混合。 ▽在100℃下，明胶通过纺丝孔挤出； ▽通过1cm的空气间隙（造成丝在一定范围内的旋转和排列），进入冷水（0~4℃）中，得到高结晶度（分子链充分伸展和定向）的初生纤维，在水中漂洗后干燥。在胶凝浴中去除酸。 干喷—湿纺的特点： ♀用干喷—湿纺方法纺丝时，在剪切力作用下，PPTA极易沿作用力方向取向。 ♀采取干喷—湿纺液晶纺丝工艺，可抑制卷曲或折叠链产生，使分子链沿轴向进一步高度取向，形成几乎为100%的次晶结构。 芳纶的应用与展望 （1）芳纶纤维的应用 ◇先进复合材料 ◇防弹制品 ◇缆绳 ◇建材 ◇传送带 ◇特种防护服装 ◇体育运动器材 ◇电子设备 芳纶应用于特种防护服装 ◇对位芳纶和间位芳纶或芳砜纶混纺织物可用于防火和消防工作服； ◇芳纶布用于森林伐木工作服、赛车服、运动服和手套、袜子等。 芳纶