芳纶的制备微观结构与测试方法[1]

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1、第25卷第4期合成纤维工业Vol.25No.42002年8月CHINASYNTHETICFIBERINDUSTRYAug.2002芳纶的制备微观结构与测试方法李同起王成扬(天津大学化工学院,天津300072)摘要:介绍芳纶的制备工艺(包括一步法和两步法工艺及芳纶浆粕型纤维的制备),并对聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)纤维的几种主要微观结构形态,包括皮芯层有序微区结构模型、轴向排列褶裥层模型和片晶柱状原纤结构模型,进行了较详尽的论述。应用碳纤维的结构形成原因推测了芳纶结构也应存在多样性,讨论可能影响其结

2、构的因素。对用于芳纶微观结构分析的表面力显微镜和介电学谱技术进行了简介。关键词:芳纶高性能纤维制备结构测试中图分类号:TQ342.7文献识别码:A文章编号:100120041(2002)0420031204芳纶包括芳香族聚酰胺纤维和芳香族聚酰亚1芳纶的制备胺纤维。一般所提及的芳纶主要是芳香族聚酰胺类纤维。工业化的芳纶于1969年由罗纳普朗克推1.1两步法工艺出,商品名为Kermel,该芳纶是间位芳族聚酰胺传统的两步法芳纶生产工艺是生产原料在极纤维。第一个工业化的对位芳纶是DuPont公司性溶剂N2甲基

3、吡咯烷酮(NMP)中经溶液低温缩于1972年推出的Kevlar纤维(PPTA纤维),并聚,制得芳纶聚合物,如Kevlar纤维制备,先由对在以后多年一直占据对位芳纶的大部分市场,直苯二胺和对苯二酰氯在NMP中低温缩聚,发生[6]到1986年荷兰AkzoNobel公司的Twaron纤下列反应,制得聚对苯二甲酰对苯二胺聚合物,维、日本帝人公司的Technora纤维和俄罗斯的然后把聚合物溶于浓硫酸中配成纺丝浆液,再用Aroms纤维才相继出现。目前几种主要芳纶产品干喷湿纺法获得长丝。若想获得短纤维,把长丝切[6

4、～8]的产量:Kevlar纤维为30ktöa,Twaron纤维为短即可。溶剂120ktöa,Technora纤维为400töa。我国于20世NH2NH2+ClOCCOCl纪80年代初研制出两种与Kevlar结构一致的芳aNH2NHCOCOdn+2HCl纶,命名为芳纶1414(É型)与芳纶14(Ê型),统称为芳纶[1～5]。1.2一步法制备工艺1981年,Dupont公司研制开发出了Kevlar两步法芳纶纺丝过程复杂,生产成本较高。由浆粕(PPTA2pulp)型纤维。它是一种新型的差别于硫酸具有腐蚀性,

5、对设备材料要求较高,更重要化芳纶,与PPTA长丝和短纤维相比,具有长度的是浓硫酸的存在会使纤维在纺丝过程中导致聚[8]短(小于等于4mm)、毛羽丰富、长径比高、比表合物的降解,这就限制了纤维的强度和模量。为面积大(可达7～9m2ög)等特点,可以更好地分了缩短流程、简化工艺,人们探索由聚合物的散于基体中制成性能优良的各向同性复合材料,NMP溶液直接纺丝制纤维的一步法新工艺,并这时PPTA长丝的一些缺陷基本上表现不出来,取得了进展。日本帝人公司和德国赫司特公司利加之良好的耐热性、耐腐蚀性和好的机械性能,

6、在用一步法制得了芳纶长丝,日本旭化成公司利用摩擦密封复合材料(代替石棉)中得到了极佳的应该法获得了芳纶短纤维。用。某些国家浆粕的应用高达芳纶用量的收稿日期:2001209221;修订日期:2002204229。[2,4]作者简介:李同起(1977-),男,河北省景县人,硕士。主要96%。从事炭质材料的合成与应用研究。©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net3

7、2合成纤维工业第25卷[7]1.2.1旭化成公司工艺1.3芳纶浆粕型纤维的制备工艺NMP→PPTA2pulp的制造方法主要有纺丝法和直搅拌接法两类。纺丝法类似PPTA纤维生产的两步法30℃低聚体二胺→85℃工艺,只是将其纤维切断后再经原纤化处理,得到恒温15min90℃过滤[2,4]1h芳纶浆粕。直接法工艺的生产过程如下:对苯二甲酰氯→单体→聚合聚合物沉析成纤芳纶Ca(OH)22NMP→→冻胶体↑浆粕溶剂→沉淀剂脱泡纺丝水洗干燥拉伸成纤NMP2水溶液→2芳纶及其复合材料中纤维的结构形态[7]1.2.2

8、帝人公司工艺2.1芳纶增强复合材料中纤维的形态该公司一步法工艺是利用新单体进行聚合来2.1.1复合材料中纤维的宏观结构实现的,新单体为低聚体二胺,其结构为:在复合材料中纤维的形态有3种:短纤维、长H2NONHCOCONH纤维和混杂纤维。短纤维:芳纶无规则地分散在基体材料中制成复合材料;长纤维:或称连续纤维,HN2在复合材料中作为分散相的芳纶的每根纤维端点都位于复合材料边界处。混杂纤维:芳纶(如生产过程如下:Kevlar纤维,即KF)与其它纤维,如碳纤维(