芳香族聚酰胺纤维的制备及应用

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1、芳香族聚酰胺纤维的制备及应用摘要:综述了芳纶的分类主要的芳纶化合物为1414和1313。介绍芳纶聚合物的合成及芳纶纤维的纺制方法芳芳纶在服装、军事、汽车、建筑、航空航天、医疗、等各方面的应用。芳纶纤维的改性方法包括物理改性和化学改性经过改性的芳纶纤维可以更广泛地应用于生活、生产各个领域。关键词:芳纶合成纺丝应用改性1前言芳香族聚酰胺纤维是一种高强度、高模量、低密度和耐磨性好的有机合成的高科技纤维。1974年美国贸易联合会FTC.为U.S.FederalTradeCom-mission的缩写将至少有85的酰胺链—CONH—直接与两苯环相连接的化合物纤维命名为芳纶

2、1。芳纶纤维有两大类:全芳族聚酰胺纤维和杂环芳族聚酰胺纤维。全芳族聚酰胺纤维主要包括对位的聚对苯二甲酰对苯二胺PPTA1414和PBA胺纤维、间位的聚间苯二甲酰间苯二胺1313和聚间苯甲酰胺纤维、共聚芳酰胺纤维以及如引入折叠基、巨型侧基的其它芳族聚酰胺纤维。杂环芳族聚酰胺纤维是指含有氮、氧、硫等杂质原子的二胺和二酰氯缩聚而成的芳纶纤维如有序结构的杂环聚酰胺纤维等2。2芳酰胺纤维的制备芳酰胺纤维主要通过不同的单体原料以缩聚的方法进行成纤聚合物的合成最后再通过极性溶剂与干喷-湿纺技术进行液晶纺丝制备而成。成纤芳酰胺由芳酰胺长链大分子组成通常主要分为以下两类:1以芳

3、香族二胺、芳香族二酸或二酰氯为单体经界面缩聚、低温溶液缩聚或直接缩聚制得其分子结构式为:-HN-Ar1-HNCO-Ar2-COnAr1、Ar2代表芳撑2以芳香族氨基酰氯盐酸盐、芳香族亚硫酰胺酰氯或芳香族氨基羧酸为单体经低温溶液缩聚或直接缩聚制得其分子结构式为:-HN-Ar-COnAr代表芳撑芳酰胺纤维种类很多按性能分主要分为耐热型和高强高模型按结构划分主要分为间位芳酰胺纤维和对位芳酰胺纤维其中聚对苯二甲酰对苯二胺纤维和聚间苯二甲酰间苯二胺纤维是最具代表性的高性能纤维下面将对这两种芳酰胺聚合物及其纤维的生产技术、制造方法、结构性能等进行介绍。2.1芳纶1414聚

4、合物及其纤维的制备2.1.1芳纶1414聚合物的制备芳纶1414聚合物PPTA用的单体原料主要为对苯二胺和对苯二甲酰氯。由于聚酰胺聚合物的熔融温度高于聚合物的分解温度所以PPTA的生产不能采用熔融缩聚法而只能采用溶液缩聚法或界面缩聚法。1界面缩聚法将对苯二胺溶解或分散在水溶剂中并将对苯二甲酰氯溶解或分散在水或惰性有机溶剂如三氯甲烷中然后将二者合并一起在低温下快速搅拌数min使在界面处发生缩聚反应并使生成的聚合物沉淀析出。然后经过滤、洗涤、干燥处理即可制得高分子量的PPTA。在反应中如果能够添加少量乳化剂聚合反应结果将更加理想。2溶液缩聚法以对苯二胺和对苯二甲酰

5、氯为原料在低温条件下溶液聚合而成。由于该对生产工艺条件要求十分严格因而目前只有少数国家拥有和能够采用该技术进行PPTA的工业化生产。在PPTA聚合物的合成过程中通常以能够生成聚合物的溶剂作介质如NN-二甲基酰氯、NN-二甲基乙酰胺、N-烃基取代的内酰胺、N-甲基吡咯烷酮以及四甲脲或六甲基磷酸二酰胺等。在溶液缩聚时将对苯二胺溶解或分散在溶剂中对苯二甲酰氯则分成若干份陆续添加。达到一定聚合度后将聚合物从溶剂中沉淀析出。为了尽可能制得高分子量PPTA聚合物在生产中最好加入等克分子量的对苯二胺和对苯二甲酰氯组分。通常在聚合反应中聚合度的高低基本取决于反应物浓度、溶剂的

6、化学成分、盐的存在与否、温度控制与搅拌速率等。2.1.2芳纶1414纤维的制备芳纶1414纤维的生产工艺通常可根据纺丝流程的不同分为一步法和两步法。一步法即所谓的直接纺丝法主要通过溶液缩聚直接进行纺丝。该法是目前最常用的生产方法之一其优点是生产工艺流程短成本相对较低两步法则是先通过制备PP-TA聚合物然后采用浓硫酸将其聚合物固体溶解成液晶态纺丝原液最后再经干喷-湿纺液晶纺丝技术制备芳纶1414纤维。2.2芳纶1313聚合物及其纤维的制备2.2.1芳纶1313聚合物的制备1界面缩聚法将间苯二胺溶于含有少量醇接收剂乙胺或碳酸钠的水中成为水相另将间苯二甲酰氯溶于四氢

7、呋喃中成为有机相然后在室温下将两相剧烈搅拌通常缩聚反应是在接触界面上发生只要几min反应即可完成接着加水沉析将反应产物过滤、洗涤、干燥即得所需聚合物。2溶液缩聚法在搅拌下将间苯二胺溶于DMF或二甲基乙酰胺DMA中经冷却在0℃左右然后加入间苯二甲酰氯进行反应待反应终了加水沉析其他步骤同上。2.2.2芳纶1313纤维的制备1干纺法:将聚合物溶解于DMF或DMA中再加入某种氯化物如LiCl作助溶剂制得纺丝原液。经喷丝板纺丝后因初生纤维表面带有大量无机盐需经多次水洗再在300℃左右进行45倍牵伸最后制得芳纶1313长丝或短纤维。2湿纺法:采用DMA为溶剂将聚合物溶解制

8、得纺丝原液经喷丝板纺丝后原丝进入含DM