芳香族聚酰胺纤维bpptb

芳香族聚酰胺纤维主要有机高分子纤维类型聚合物商品名公司强度cN/dtex模量cN/dtexTm/Td℃尼龙6－－835223常规产业用纤维聚酯－－8106265Kevlar东丽19-23.5400-830570Twaron帝人Twaron19-23.5400-830570对位芳酰胺Technora帝人24.5520500共聚酯VectranHT可乐丽23.8529300ZylonASZylon-HM东洋纺373711501720670刚性链聚二噁唑M5Magellan231941530DyneemaSK60DyneemaSK71东洋纺/DSM26－3535－40883-12361060-1413145~155高强高模有机纤维柔性链聚乙烯Spectra900Spectra1000Spectra2000Honeywell22-2730-33.533-36633-812515-12891165-1280145~155芳香族聚酰胺纤维前言高强高模芳酰胺纤维耐高温芳酰胺纤维芳香族聚酰胺浆粕芳香族聚酰胺纤维产生时代背景在人们穿衣问题解决之后，化学纤维拓宽应用领域，作为一种新材料，特别是军事工业及航天航空工业的需要，30多年来出现了250多种化学纤维服用化学纤维基本情况1958年以来，合成纤维原料价廉易得，性能优良，获得飞速发展，很快超过人造纤维，赶上天然纤维，成为纺织衣用纤维的主力军，产量不断攀升70年代末，国外已趋饱和状态近半个世纪来，已没有什么性能价格上能与之匹敌的新品种出现中国工程院文件有关部分积极发展高性能化学纤维我国的化纤产量2000年达到694万吨，居世界第一。但相关产业和国防军工需要的化纤新材料却发展滞后，许多品种依赖进口。随着国防军工和国民经济的发展，对高性能化纤的需求愈来愈大，而国际价格却不断上涨，关键时刻还常常受制于人。因此，建议国家把发展高性能化纤列为投资重点，支持其加快实现产业化。芳香族聚酰胺纤维产业化主要品种聚对苯二甲酰对苯二胺纤维俗称对位芳纶或芳纶1414，美国杜邦公司商品名“Kevlar”聚间苯二甲酰间苯二胺纤维俗称间位芳纶或芳纶1313，美国杜邦公司商品名“Nomex”Kevlar主要特点密度是钢的1/5，比强度是钢的5倍能在-196～182℃的范围内保持稳定的尺寸和性能不会燃烧不会熔化（500℃开始碳化）Nomex主要特点耐热性能优良。200℃以下长达2000小时运行强度保持90％热稳定性好。250℃热收缩仅1％不会燃烧。900～1500℃高温能产生特殊隔热及防护作用芳香族聚酰胺的化学结构-1Poly(1,4-benzamide)(PBA)NHCOn芳香族聚酰胺的化学结构-2Poly(p-phenyleneterephthalamide)(PPTA)Poly(m-phenyleneisophthalamide)(MPDI)NHNHCOCOnNHNHCOCOn芳香族聚酰胺的化学结构-3Co-poly(paraphenylene/3,4′-oxydiphenyleneterephthalamide)（3,4′-POPT）NHCONHNHCOCOmONHOCn生产对位芳纶各企业及其生产能力集团企业工厂产能（吨/年）杜邦（US）Richmond,VA（美国）17400杜邦（UK）Maydown（英国）5300东丽杜邦东海（日本）2500杜邦公司合计25200帝人特克诺产松山2000帝人特瓦隆Emmen（荷兰）18500帝人集团合计20500合计45700生产间位芳纶各企业及其生产能力企业工厂产能（吨/年）Wilmington,Del（美国）15000Astrias（西班牙）4000杜邦合计19000帝人特克诺产岩国2300合计21300主要有机高分子纤维的性能类型聚合物商品名公司强度cN/dtex模量cN/dtexTm/Td℃尼龙6－－835223常规产业用纤维聚酯－－8106265Kevlar东丽19-23.5400-830570Twaron帝人Twaron19-23.5400-830570对位芳酰胺Technora帝人24.5520500共聚酯VectranHT可乐丽23.8529300ZylonASZylon-HM东洋纺373711501720670刚性链聚二噁唑M5Magellan231941530DyneemaSK60DyneemaSK71东洋纺/DSM26－3535－40883-12361060-1413145~155高强高模有机纤维柔性链聚乙烯Spectra900Spectra1000Spectra2000Honeywell22-2730-33.533-36633-812515-12891165-1280145~155聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）分子结构示意图3,4′二苯醚撑对苯二甲酰对苯二胺共聚物分子结构示意图工业化生产高强高模芳酰胺纤维主要品种及性能种类密度/g.cm-3拉伸强度/GPa拉伸模量/GPa伸长率/%LOIKevlar291.442.971.83.629Kevlar491.452.81992.429Kevlar1191.443.154.74.429Kevlar1291.443.496.63.329Kevlar1491.472.31441.529Twaron标准型1.442.8803.329Twaron高模量型1.452.81252.029Technora1.393.4724.625Kevlar系列产品的生产工艺流程溶解过滤、脱泡纺丝Kevlar129Kevlar119Kevlar29Kevlar49Kevlar149常规纺丝特殊纺丝热处理热处理PPTA纤维结晶区域原纤化结构模型PPTA纤维纬向和经向广角x-射线衍射图Kevlar纤维蚀刻表面透射电子照片PPTA纤维结晶结构模型PPTA聚合体的制备——溶液制备NH2H2N+COClClOCNHNHCOnnCOn+2nHCl低温溶液缩聚过程中氯化锂助溶机理低温溶液缩聚制备PPTA工艺流程图NMP-CaCl2PPDA溶　　　解冷　却TPC溶液缩聚洗涤去离子水干燥PPTA聚合体粉末单体初始摩尔浓度对PPTA树脂比浓对数粘度影响0.250.300.350.400.450.504.85.25.66.06.4PPTA树脂的比浓对数粘度，dl/g单体的初始摩尔浓度，mol/l单体摩尔配比对PPTA树脂比浓对数粘度影响-0.40.00.40.81.21.63.23.64.04.44.85.2PPTA树脂的比浓对数粘度，dl/g对苯二甲酰氯过量值，‰起始反应温度对PPTA树脂比浓对数粘度的影响-30-20-10010202.253.003.754.505.256.006.75PPTA树脂的比浓对数粘度,dl/g起始反应温度,℃溶剂体系含水量对PPTA树脂比浓对数粘度影响01002003004003.54.04.55.05.56.0PPTA树脂的比浓对数粘度，dl/g溶剂体系中的含水量，ppmKevlar纤维与常规纤维性能比较纤维种类Tenacity(dN/tex)Modulus(GPa)Elongationatbreak,%Density(g/cm3)Kevlar2920.4623.61.44Kevlar4920.41172.51.44Nylon8.65.5218.31.14Polyester8.113.814.51.38PPTA/H2SO4干喷湿纺过程中分子链取向机理PPTA相对分子质量对纤维力学性能影响4.04.55.05.56.06.57.0192021222324PPTA比浓对数粘度，dl/g强度，g/d360390420450480模量，g/dSSF对初生丝强度的影响036912155101520纤维强度，cN/dtexSSF热处理温度对纤维模量的影响380400420440460480400450500550600650700750纤维模量，g/d热处理温度，℃热处理张力对纤维模量的影响0.40.81.21.62.0500550600650700750纤维模量,g/d热处理张力,g/d热处理时间对PPTA纤维强度的影响0246810121416450500550600650700750纤维模量，g/d热处理时间，秒聚合反应溶液直接纺丝制备PPTA共聚纤维日本帝人公司的Technora纤维俄国的Armos、SVM等纤维PPTA纤维的用途产业用纺织品;防护服;增强材料.Nomex纤维的DSC曲线图Nomex纤维的TGA曲线图Nomex长时间暴露于高温下强度保持率温度（℃）177218260260300304暴露时间（hr）30002900100022001000280断裂强度保持率（%）907065456050Nomex纤维的力学性能产品型号430450455/462N301纤度den1200/6001600/6001.5dpf1.5dpf1.5dpf密度/g•cm-31.381.381.37回潮率/％4.04.08.28.38.3强力/cN•dtex-15.45.33.152.833.05断裂伸长/%30.531.0222119初始模量/cN•dtex-110292.5---钩结强度/cN•dtex-14.464.25---MPIA聚合体制备-溶液聚合NH2NH2＋COClOCClCCNHNHOOnnn＋2nHClMPIA低温溶液聚合工艺流程示意图间位芳香族二胺间位芳香族二酰氯冷却器混合器热交换器中和器氢氧化钙混合罐混合罐过滤器聚合物储罐起始反应温度对MPIA比浓对数粘度影响-10-5051015201.61.82.02.2比浓对数粘度，dl/g起始反应温度/℃单体摩尔配比对MPIA比浓对数粘度影响0.940.960.981.001.021.041.061.21.41.61.82.02.22.42.6比浓对数粘度，dl/g单体摩尔配比(酰氯/二胺)单体初始摩尔浓度对MPIA比浓对数粘度的影响0.60.81.01.21.40.00.51.01.52.0比浓对数粘度，dl/g单体初始摩尔浓度(mol/L)水分含量对MPIA比浓对数粘度的影响间位芳香族聚酰胺纤维的制备干法纺丝湿法纺丝干湿法纺丝间位芳香族聚酰胺纤维应用领域耐高温防护服耐高温绝缘纸耐高温过滤材料芳香族聚酰胺浆粕PPTA浆粕的表面扫描电镜照片芳香族聚酰胺浆粕方法(PPTA)液晶纺丝切断法低温溶液直接缩聚法沉析法浆粕的应用用于造纸(1414和1313)用于橡胶制品用作石棉纤维替代品用作触变剂纺纶1313纸的应用蜂窝材料绝缘材料芳香族杂环纤维可以制成芳香族杂环纤维的原料组合很多目前比较成功的是PBO和PBI这类聚合物具有梯形的分子结构，合成比较复杂分子非常僵硬，化学性能稳定PBO纤维----ZYLONONONCC[]n性能总表Zylon与其他纤维比较（表）强度和模量（图）比强度和比模量（图）Stress-StraincurveKnotTenacity,LoopTenacityZylon-ASZylon-HMTenacity(cN/dtex)3939Elongation(%)3.52.3Modulus(cN/dtex)11831800KnotStrength(cN/dtex)11.78.9(%)30%23%LoopStrength(cN/dtex)14.912.7(%)38%33%应力下的断裂时间Zylon-HM的蠕变Flexibility热失重，空气中热失重，氩气中500℃失重不同温度下强度保持Zylon-AS200℃下强度保持500℃下强度保持热空气中收缩率耐溶剂性耐60%硫酸耐20%盐酸耐20%硝酸耐20%NaOH耐5%NaClO耐10%NaCl吸湿性PBO纤维的应用在光缆中的应用用于轮胎、胶带(运输带)、胶管等橡胶制品塑料和混凝土等的补强弹道导弹和复合材料的增强高温过滤用耐热过滤材料采用芳纶和PBO的光缆性能比较项目芳纶PBO改进光缆外径33.8mm2