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芳纶纤维
目录
2 间位芳纶
3 对位芳纶
4 其他新型耐高温纤维
2 间位芳纶
3 对位芳纶
4 其他新型耐高温纤维
芳纶是一种高强度、高模量、低密度和耐磨性好的有机合成的高科技纤维。它的全称是芳香族聚酰胺纤维。1974年,美国贸易联合会( ,Federal mission,FTC)将它们命名为“aramid fibers”,我国称为芳纶。其定义是:至少有85%的酰胺链(-CONH-)直接与两苯环相连接。根据此定义,可把主要化学链和环链脂肪基的一般聚酰胺聚合物和其清楚的分开。
20世纪60年代初,美国杜邦公司首先开发出具有优良热稳定性的间位芳给-HF-1,即Nomex纤维;1966年,公司又生产出了对位芳纶即Kevlar纤维;1972年日本帝人公司生产出对位芳纶Conex纤维;1986年荷兰Akzo公司生产出Twaron纤维;1987年日本帝人公司生产出Technora纤维。而我国于1972年开始进行芳纶的研制工作,并于1981年通过芳纶14的鉴定,1985年又通过芳纶1414的鉴定,它们分别相当于美国杜邦公司的Kevlar 29和Kevlar 49。
芳纶可分为邻位、间位及对位3种,而邻位无商业价值。对位芳纶主要有Kevlar(杜邦)、Technora(帝人)、Twaron(原AkzoNobel,现并人帝人)等;J司位芳纶主要有杜邦的Nomex、帝人的Conex等。
对位芳纶的主链结构具有高度的规则性,大分子是以十分伸展的状态存在,它具有耐高温、防火、耐化学腐蚀及高的力学性能和抗疲劳性。它的强度为钢的3倍,为强度较高的涤纶工业丝的4倍,它的初始模量为涤纶工业丝的4—10倍,聚酰胺纤维的10倍以上。它的稳定性好,在150℃温度下收缩率为0。它在高温下仍能保持较高的强度,如在260℃温度下仍可保持原强度的65%。
间位芳纶的大分子链呈锯齿状,它具有优良的物理力学性能,如强度、断后延伸率等。同时还拥有极佳的耐火和耐氧化性。它在260℃温度连续使用lOOOh后,其强度仍能保持原强度的65%;在300℃高温下使用7cf,仍能保持原强度的50%;它的0强度约为500℃;在火焰中难以燃烧,离开火焰后具有自熄性;它在酸、碱、漂白剂、还原剂及有机溶剂中的稳定性很好。同时还具有良好的抗辐射性能。纤维主要性能见表2-17。
表2-17世界各国生产的主要芳纶的性能比较商品名密度/(g/cm3)抗拉强度/GPa抗拉模慑/GPa断裂伸长率/%Kevlar-29Kevlar-49Kcvlar-l49NomexTwa ronTechnora劳纶 14141. 441. 451. 471. 57144-1. 451. 391. 432. 92. 82. 30. 342. 83. 42. 98721301446. 080--,使得其广泛用于国
防、航空、航天、造船、体育器材、汽
车、建筑等工业,例如:在建筑业可以作增强混凝土构件、汽车业可替代石棉来制造刹车片、离合器、整流器等,以降低石棉对环境及人体健康的伤害。还可以用来制作防护服装,如宇航服、消防服等;耐热制品如芳纶增强的橡胶传送带;以及高性能的绳索等。
间位芳纶全称“聚间苯二甲酰间苯二胺”,英文缩写MPIA( poly-m-phenyleneisophthalamide),我国称为芳纶1313。芳纶1313是一种开发早、应用广、产量大、发展快的耐高温纤维品种,其总量居特种纤维的第二位。其分子结构为:聚间苯二甲酰间苯二胺是排列规整的锯齿型大分子,在熔融以前就已经分解,玻璃化温度Tg为270℃,在350℃以下不会发生明显的分解和碳化。当温度超过400℃时,纤维逐渐发脆、炭化直至分解,但是不会产生熔滴;在火焰中不延燃,具有较好的阻燃性,极限氧指数LOI为29%—32%,性能极佳。间位芳纶的突出特点是优异的耐高温性,良好的尺寸稳定性,优良的可纺性、防火性和耐腐蚀性。
(l)聚间苯二甲酰间苯二胺缩聚物的制备芳纶1313由间苯二甲酰氯(ICI)和间苯二胺(MPD)缩聚而成,其反应式为:生产缩聚物主要有如下三种方法。
①界面缩聚法把配方量的间苯二胺溶于定量的水中,加入少量的酸吸收剂成为水相。再将配方量的ICI溶于有机溶剂中,然后边强烈搅拌边把ICI溶液加到MPD的水溶液中,在水和有机相的界面上立即发生反应,生成聚合物沉淀,经过分离、洗涤干燥后得到固体聚合物。
②低温溶液缩聚法先把间苯二胺溶解在N,N二甲基乙酰胺( DMAc)
溶剂中,在搅拌下加人间苯二甲酰氯,反应在低温下进行,并逐步升温到反应结束。然后加入氢氧化钙,中和反应生成的