芳纶介绍、分类、形态与合成、加工与应用

芳纶介绍、分类、形态与合成、加工与应用

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1、芳纶介绍、分类、形态及其合成、加工与应用摘要:本文对芳纶的品种、合成及加工方法、应用做了一个简要的介绍,并对不同品种的芳纶、及芳纶的不同合成及加工方法做了一个简单的对比。对芳纶的加工类型提出一种分级的方法,并通过这种方法对芳纶的加工及应用进行描述及分析。关键词:芳纶、液晶、合成、加工、分级理论、应用AramidanditsSynthesis、Process、ApplicationAbstract:Thispaperintroducesseveralkindofaramids,andtheirsynthesisandprocessingmethods.Tostudyprocessofara

2、midbetter,Atheoryofclassificationisputforward.Processtypeofaramidisdividedthreekinds.Bythismethod,wealsointroducetheapplicationofaramid.Keyword:Aramid、LiquidCrystal、Synthesis、Process、ATheoryofClassification、Application前言芳纶是一种新型高科技合成材料,是芳香族聚酰胺的统称。相对于尼龙6、尼龙66等普通聚酰胺材料,因为分子链上相对较为柔软的碳链为刚性的苯环结构所代替。芳香族聚

3、酰材料其结构的特性,呈现溶致液晶性,是一种重要的主链型高分子液晶,因此芳纶具有超高强度、高模量和耐高温等优良性能。芳纶目前已被广泛应用于国防军工、及航天航空、机电、建筑、汽车、体育用品等国民经济的各个方面。如芳纶防弹衣、头盔,宇宙飞船、飞机等基体材料等等。据估计,芳纶产品用于防弹衣、头盔等约占7~8%,航空航天材料、体育用材料大约占40%;轮胎骨架材料、传送带材料等方面大约占20%左右,还有高强绳索等方面大约占13%。一、芳纶的命名自20世纪60年代后期以来,已经有多种芳纶问世,并工业化生产。芳纶种类比较多,其划分的方法也有多种。第一种命名方法根据结构划分,分为对位芳纶、间位芳纶和邻位芳

4、纶。对位芳纶的单体是对苯二甲酸和对苯二胺,单体的上的功能团为对位,聚合得到的链段比较规整,耐高温性能好,强度、高模量。对位芳纶主要有以杜邦的Kevlar系列产品为代表。间位芳纶的单体是间苯二甲酸和间苯二胺,单体的上的功能团为间位,聚合得到的链段呈锯齿型,耐高温,但强度模量都比较低。间位芳纶主要有以杜邦的Nomex系列产品为代表。邻位芳纶的单体是邻苯二甲酸和邻苯二胺,单体的上的功能团为邻位。邻位芳纶主要有以杜邦的Korex系列产品为代表。第二种命名方法根据结构划分,如对位就是苯环上的14位置,间位就是苯环上的13位置,如芳纶14的聚合单体就是对氨基苯甲酸,芳纶1414就是前面所说的对位芳纶

5、,芳纶1313就是前面所说的间位芳纶。第三种命名方法就是根据聚合单体的种类,如前面所说的芳纶14又叫芳纶I型,芳纶1414和芳纶1313又叫芳纶II型。当在对苯二甲酸和对苯二胺、间苯二甲酸和间苯二胺等常见结构加入第三单元单体如4,4’-二氨基二苯醚、5(6)-胺基-2-(4-胺基苯基)苯并咪唑等得到的芳纶可称为芳纶III型。当第三单元单体为杂环结构时,人们还常称之为杂环芳纶。二、芳纶的制备工艺1、芳纶树脂的合成方法1.1、低温溶液聚合法芳香族二胺和芳香族二酰氯在极性溶剂中反应而得,在低温(一般在0-5℃)下进行缩聚反应,同时添加碱或碱土金属盐作为助溶剂以提高树脂在溶剂中的溶解度及稳定性,

6、经过浓度调整,这种溶液可以直接行湿法纺丝、打浆和制膜,具有耗用溶剂少、生产效率高的优点,目前在生产中温溶液缩聚被广泛的采用。工业化的研究,可选择的已商品化的单体只有那么几种,技术人员低温溶液聚合法的研究主要几种在反应溶剂及助溶剂的选择。初期反应用得溶剂主要为酰胺类,如六甲基磷酰胺、二乙基甲酰胺、N-烷基吡咯烷酮等【1】。随着聚合度的增加,聚合物在溶剂中的溶解度降低,会从溶剂中析出,不利于产品质量和后续加工,因此需要在其中加入助溶剂。助溶剂可以选择碱或碱土金属盐如氯化钙、氯化锂等,最高加入量可以达到溶剂量的5%【2】,也可以选择季铵盐氯化物,如甲基三正丁基氯化铵【3】。因为季铵盐氯化物的价

7、格较高,工业生产中多选用氯化钙和氯化锂,相比较而言氯化钙的增溶效果略差于氯化锂,用量较多,但价格更便宜。因为酰胺类化合物自身的一些缺点:如六甲基磷酰胺具有致癌性;常用的N-烷基吡咯烷酮热稳定性较差,回收工艺复杂以防止分解,另外溶解性还不是太好,助溶剂的量过大影响产品质量。深圳市中晟创新科技股份有限公司的侯庆华等人,利用环丁砜作为溶剂,以氯化钙为助溶剂,对苯二胺与部分对苯二甲酰氯在此溶剂中20℃以下进行预聚合,然后预聚合和剩下的对苯二

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