芳綸纖維的制造與應(yīng)用分解

1、輕化1002孫正0902100206芳綸纖維的制造與應(yīng)用分解第1頁芳綸概述芳綸（aramid fiber）是由芳香族聚酰胺樹脂（aromatic polyamide risen）紡成纖維。國外稱為芳酰胺纖維,我國定名為芳綸。 凡聚合物大分子主鏈由芳香環(huán)和酰胺鍵組成，且其中最少有85%酰胺基直接鍵合在芳香環(huán)上，每個重復(fù)單元酰胺基中氮原子和羰基直接與芳香環(huán)中碳原子相連接并置換其中一個氫原子聚合物，稱為芳香族聚酰胺樹脂。芳綸纖維的制造與應(yīng)用分解第2頁（2）PPTA結(jié)構(gòu)與組成PPTA化學(xué)結(jié)構(gòu)特點是： 由苯環(huán)和酰胺基按一定規(guī)律有序排列組成。酰胺基位置接在苯環(huán)對位上。芳綸纖維的制造與應(yīng)用分解第3頁在芳綸中

2、，分子內(nèi)骨架原子經(jīng)過強共價鍵結(jié)合；高聚物分子間是酰胺基，因為酰胺基是極性基團，其上氫能夠與另一個鏈段上酰胺基團中可供電子羰基（-CO-)結(jié)合成氫鍵，組成梯形聚合物，這種聚合物含有良好規(guī)整性，所以含有高度結(jié)晶性。芳綸沿分子鏈方向（平行于纖維軸向）為強共價鍵；垂直于纖維軸向分子間以氫鍵相連，因而纖維顯現(xiàn)各向異性（在軸向，和E高；在橫向，和E均較低）。苯環(huán)呈大共軛鍵（鍵），它難于旋轉(zhuǎn)，所以，大分子鏈含有線性剛性伸直鏈（棒狀）構(gòu)型，從而賦予Kevlar纖維高強度、高模量和耐熱性。芳綸纖維的制造與應(yīng)用分解第4頁（3）芳綸性能物理性能密度小，為1.44g/cm3比強度高（高于碳纖維和硼纖維）比模量即使較高

3、，但低于碳纖維和硼纖維；韌性好、抗沖擊性好、加工性好；壓縮強度不高（為拉伸強度1/5）；剪切強度不高（為拉伸強度1/17）； Kevlar-149彈性模量高于Kevlar-49； Kevlar-149高溫強度保留率最高。芳綸纖維的制造與應(yīng)用分解第5頁熱穩(wěn)定、耐火、不溶、自熄性材料。真空中長久使用溫度為160，-60也不脆； Tg =（250400）；熱膨脹系數(shù)低（300以下，縱向為負值）；含有良好耐化學(xué)介質(zhì)性（但不耐強酸、強堿）；耐疲勞、耐磨、電氣絕緣、透電磁波。對紫外線敏感。芳綸化學(xué)性能芳綸纖維的制造與應(yīng)用分解第6頁芳綸缺點沿縱向排列雜質(zhì)Na2SO4；孔洞；表皮軸向裂紋（長2024nm、寬6

4、11nm）。芳綸纖維的制造與應(yīng)用分解第7頁芳綸不足耐光性差，暴露于可見光和紫外線時會產(chǎn)生光致降解（即力學(xué)性能下降和褪色）。用高吸收率材料對Kevlar纖維增強聚合物基復(fù)合材料作表面涂層，能夠減緩其光致降解；溶解性差；抗壓強度低；吸濕性強，吸濕后纖維性能改變大，所以應(yīng)密封保留，在制備復(fù)合材料前應(yīng)增加烘干工序。芳綸纖維的制造與應(yīng)用分解第8頁（4）PPTA纖維制備過程合成PPTA原料包含：對苯二甲酰氯（Terephthaloyl chloride）對苯二胺（p-phenglene diamine）強極性酰胺類溶劑（二甲基乙酰胺或六甲基磷酸胺），選取強極性酰胺類溶劑，是為了將開始生成聚合物留在溶液中。

5、芳綸纖維的制造與應(yīng)用分解第9頁 PPTA合成芳綸纖維的制造與應(yīng)用分解第10頁紡絲紡絲液配制濃硫酸（濃度為100%）+聚對苯二甲酰對苯二胺（PPTA）配成液晶溶液（稱為明膠）溶液濃度（配比）：PPTA/濃硫酸=20/100PPTA在濃硫酸中形成向列型液晶態(tài)，聚合物呈一維取向有序排列。芳綸纖維的制造與應(yīng)用分解第11頁三種紡絲方法：a.濕紡(wet spinning)：將明膠經(jīng)針孔擠出，進入冷凝液體中快速冷卻，最終在惰性氣體中熱處理。b.干噴(dry jet)：將明膠由噴絲嘴噴出，經(jīng)過一段空氣層快速拉伸使分子取向，最終進行熱處理。c.干噴濕紡(the dry jet-wet spinning pro

6、cess)是慣用紡絲方法。芳綸纖維的制造與應(yīng)用分解第12頁干噴濕紡(the dry jet-wet spinning process)是慣用紡絲方法。干噴濕紡工藝過程：首先，二元胺和含鹵二元酸溶液在低溫下（0）縮聚產(chǎn)生聚酰胺（polyamides）；粉碎、沖洗和干燥，并與強酸（濃硫酸）混合。 在100下，明膠經(jīng)過紡絲孔擠出；經(jīng)過1cm空氣間隙（造成絲在一定范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)和排列），進入冷水（04）中，得到高結(jié)晶度（分子鏈充分伸展和定向）初生纖維，在水中漂洗后干燥。在膠凝浴中去除酸。芳綸纖維的制造與應(yīng)用分解第13頁干噴濕紡特點：用干噴濕紡方法紡絲時，在剪切力作用下，PPTA極易沿作用力方向取向。采取干

7、噴濕紡液晶紡絲工藝，可抑制卷曲或折疊鏈產(chǎn)生，使分子鏈沿軸向深入高度取向，形成幾乎為100%次晶結(jié)構(gòu)。芳綸纖維的制造與應(yīng)用分解第14頁芳綸應(yīng)用與展望（1）芳綸纖維應(yīng)用先進復(fù)合材料防彈制品纜繩建材傳送帶特種防護服裝體育運動器材電子設(shè)備芳綸纖維的制造與應(yīng)用分解第15頁芳綸應(yīng)用于特種防護服裝對位芳綸和間位芳綸或芳砜綸混紡織物可用于防火和消防工作服；芳綸布用于森林伐木工作服、賽車服、運動服和手套、襪子等。芳綸在體育運動器材方面應(yīng)用弓箭、弓弦、羽毛球拍；與其它纖維混雜復(fù)合材料制作高爾夫球棍、滑雪板、雪橇、自行車架和輪轂等。集成電路和低膨脹系數(shù)印刷電路板揚聲器嗽叭盒芳綸在電子設(shè)備方面應(yīng)用芳綸纖維的制造與應(yīng)用

8、分解第16頁（2）芳綸展望改進芳綸性能路徑：對PPTA引入第三組分進行共聚、共混研究；合成新型芳綸；研制PPTA纖維與其它纖維混雜增強復(fù)合材料；對PPTA纖維進行表面處理。芳綸纖維的制造與應(yīng)用分解第17頁應(yīng)用于戰(zhàn)略導(dǎo)彈： 用纏繞法制造了Kevlar-49增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料以下結(jié)構(gòu)件： 美國核潛艇“三叉戟”C4潛地導(dǎo)彈固體火箭發(fā)動機殼體；美國戰(zhàn)略型號MX陸基機動洲際導(dǎo)彈三級發(fā)動機和新型潛地“三叉戟”D5導(dǎo)彈第三級發(fā)動機；前蘇聯(lián)SS-24、SS-25鐵路和公路機動洲際導(dǎo)彈各級固體發(fā)動機；法國M4導(dǎo)彈402K殼體。應(yīng)用于戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈：采取芳綸/環(huán)氧復(fù)合材料制作“潘興”航天頂級發(fā)動機、衛(wèi)星變軌固體發(fā)動機

9、殼體。應(yīng)用于耐熱隔熱功效材料：芳綸短切纖維或漿粕增強三元乙丙(EPDM)橡膠基復(fù)合材料軟片或帶材用于最新各種發(fā)動機內(nèi)絕熱層。芳綸作為增強材料芳綸纖維的制造與應(yīng)用分解第18頁用于先進發(fā)電機發(fā)動機艙、中央發(fā)動機整流罩、機翼與機身整流罩掛架整流罩、機翼前緣、襟翼、方向舵和升降舵后緣、安定面翼尖、貨艙襯壁、天花板、應(yīng)急出口門和窗、發(fā)動機調(diào)整系統(tǒng)管道等。用于直升飛機上機身外蒙皮、旋翼、螺旋漿和雷達天線罩等。 ARALL超混復(fù)合層板 以芳綸環(huán)氧無緯布與薄鋁板交疊鋪層、再熱壓制成聚合物-金屬復(fù)合材料，稱為超混雜復(fù)合材料。是含有許多超混雜優(yōu)異性能（比強度高、比模量高、疲勞壽命是鋁1001000倍，阻尼和耐噪聲

10、性能較鋁好，加工性能較芳綸/環(huán)氧好）新型結(jié)構(gòu)材料。荷蘭和美國多家飛機企業(yè)利用ARALL制造機翼下蒙皮和機身段蒙皮以及機艙門。游艇、賽艇、帆船、小型漁船、救生艇、充氣船、巡查艇艇殼材料；戰(zhàn)艦及航空母艦防護裝甲以及建造聲納導(dǎo)流罩等。芳綸纖維的制造與應(yīng)用分解第19頁芳綸應(yīng)用于汽車工業(yè)用作橡膠輪胎簾子線。它橡膠基和樹脂基復(fù)合材料用作高壓軟管、排氣管、摩擦材料和剎車片、三角皮帶、同時齒輪傳送帶、大型運輸車和冷藏車車廂。用芳綸/環(huán)氧或碳/環(huán)氧外全纏熱塑性塑料內(nèi)料制作全復(fù)合材料天然氣氣瓶。它能清潔能源，安全可靠，比鋼瓶減重二分之一以上。國外研制將它用于電動汽車和電、氣混用汽車貯能飛輪。芳綸纖維的制造與應(yīng)用分

11、解第20頁芳綸應(yīng)用于防彈制品硬質(zhì)防彈裝甲板 芳綸復(fù)合材料板、芳綸與金屬復(fù)合裝甲板、芳綸與陶瓷復(fù)合裝甲板廣泛用于防彈裝甲車、防彈運鈔車、直升飛機防彈板、戰(zhàn)艦裝甲防護板和防彈頭盔。軟質(zhì)防彈背心 第一代防彈芳綸是Kevlar-29和Twaron-1000；第二代防彈芳綸是Kevlar-129和Twaron CT-;最新軟質(zhì)防彈背心材料是Gold Flex,這是一個由高檔防彈芳綸無緯布與高性能聚乙烯薄膜制成柔性片組合而成，比超高分子量聚乙烯纖維防彈性能和耐熱性更佳。芳綸纖維的制造與應(yīng)用分解第21頁芳綸應(yīng)用于基礎(chǔ)設(shè)施和建材方面芳綸短切纖維用環(huán)氧系列粘合劑遲緩地固化后，放入攬拌機中與水泥混合，然后在擠出成

12、型機中制成一定厚度預(yù)制件；用芳綸連續(xù)纖維作為加強筋，加入混凝土或上述短纖維增強混凝土中代替鋼筋；將連續(xù)纖維編織物增強環(huán)氧網(wǎng)狀固化物鋪入混凝土內(nèi)進行加強。芳綸增強混凝土用于橋梁、橋墩、高樓壁板及大型建筑物及它們修復(fù)、海洋工程結(jié)構(gòu)、化工廠設(shè)施等。含有強度高、質(zhì)量輕、耐腐蝕和壽命長優(yōu)點。芳綸纖維的制造與應(yīng)用分解第22頁芳綸應(yīng)用于傳送帶芳綸纖維增強橡膠基復(fù)合材料運輸傳送帶已大量應(yīng)用于煤礦、采石廠、港口。利用芳綸耐熱性好特點，還可用于熱玻璃器皿坯料（如玻璃顯像管）生產(chǎn)線傳輸和食品烘干線傳送帶。芳綸在纜繩方面應(yīng)用航空航天降落傘繩光纖通訊電纜加強件和復(fù)合材料芯桿芳綸纖維的制造與應(yīng)用分解第23頁實用于高性能復(fù)

13、合材料芳酰胺纖維主要品種美國杜邦企業(yè)生產(chǎn)：聚對苯二甲酰對苯二胺(PPTA)纖維聚對苯甲酰胺(PBA)纖維日本帝人企業(yè)生產(chǎn)：對位芳酰胺共聚纖維（Technora）俄羅斯生產(chǎn)：聚對芳酰胺苯并咪唑纖維(CBM)APMOC纖維芳綸纖維的制造與應(yīng)用分解第24頁杜邦企業(yè)PPTA纖維主要牌號 在復(fù)合材料中應(yīng)用最普遍是PPTA纖維，Du pont企業(yè)PPTA纖維主要牌號有：第一代（RI型）：Kevlar-29、Kevlar-49第二代(Hx系列）：Ha（高粘接型）、Ht（Kevlar-129、高強型）、He（Kevlar-100、原液著色型）、Hp（Kevlar-68、高性能中模型）、Hm（Kevlar-149、高模型）、He（Kevlar-119、高伸長型）。我國于20世紀(jì)70年代跟蹤研制，于80年代早期試生產(chǎn)出聚對苯甲酰胺（PBA）纖維，定名為芳綸（芳綸14） ；又于80年代中期試生產(chǎn)出PPTA纖維，定名為芳綸（芳綸1414），可批量生產(chǎn)。我國芳綸纖維主要牌號芳綸纖維的制造與應(yīng)用分解第25頁我國對位芳綸發(fā)展前