对位芳纶1414

性质

　　芳纶1414，其化学名称为聚对苯二甲酰对苯二胺polyterephthaloyl-p-phenylenediamine fibre;Fanglun 1414英文名称简称PPTA)。 美国杜邦公司商品名为Kevlar。它是*个有价值并且现在仍然在大量生产和使用的高性能纤维。

发展历史

　　目前共有四家企业实现了芳纶1414的产业化，其中，美国杜邦公司在美国、英国、日本设有工厂，年产能合计约33,000吨；日本帝人公司在日本、荷兰设有工厂，年产能合计约24,500吨；韩国科隆公司仅在该国设有工厂，年产能约1,000吨。俄罗斯的产品和工艺不同于杜邦和帝人，其产能为1,000吨/年。 目前国内尚未有芳纶1414规模化生产企业，烟台氨纶的芳纶1414已进入中试阶段，为国内芳纶1414的*。据我们了解，目前中试进展顺利，公司方面正在朝着2010年底前达产的既定目标稳步前进。由于芳纶1414在军事方面的应用较为广泛，美国杜邦长期对我国进行技术，制约了我国在相关领域的应用和开发。芳纶1414 有的强度，大于28 克/ 旦，是钢材的5～6 倍，模量是钢材或玻璃纤维的2～3 倍，韧性是钢材的2 倍，而重量仅为钢材的1/5。（芳纶1414的强韧性也使其裁切与加工异常困难，需要昂贵的工具）。芳纶1414的连续使用温度范围极宽，在-196℃至204℃范围内可长期正常运行。在150℃下的收缩率为0，在560℃的高温下不分解不熔化，耐热性更胜芳纶1313 *，且具有良好的绝缘性和抗腐蚀性，生命周期很长，因而赢得“合成钢丝”的美誉。从芳纶1414的分子结构式可以看出，它的分子结构排列非常的规整，整个分子主链为苯环和酰胺键交替结构，并且形成了π共轭效应，分子内旋转位能相当高,分子链节呈平面刚性伸直链，使其具有的拉伸强度(仅次于玻璃纤维、石墨纤维和聚苯并咪唑纤维) 和优异的耐热性和韧性，同时它还有良好的耐强碱性、耐有机溶剂和耐漂白性能以及抗虫蛀和霉变。

合成

　　一般的研究者采用如下的合成途径来得到芳纶1414的聚合物（PPTA）：

　　这个反应一般是在低温下溶液中进行。也有使用对苯二甲酸来替代上面的对苯二甲酰氯，然后在催化剂和加热的情况下进行反应，但是这种方法在操作上不如前者容易。要得到高强度的聚合物长丝，一般要结构单元的聚合度要达到80，相应的分子量为18000左右。

纺丝

　　芳纶1414的聚合物（PPTA）不溶于大多数的有机和无机溶剂，其熔点高于降解温度（500℃左右），因此不可能进行熔体纺丝。然而，PPTA 可溶于某些强酸中。人们发现无水硫酸是用于PPTA 湿纺的一种较为廉价的纺丝溶剂。

　　只要PPTA 聚合物的浓度低(大约10% 以下) ， 那么聚合物中的棒形链状分子则呈无规任意取向并且聚合物溶液内的分子结构呈各向同性。然而在较高的浓度下, 聚合物分子链在小区域内呈有序排列并在该区域内发生分子取向, 各区域彼此之间仍呈无规取向。但此时聚合物的分子结构不再是各向同性而是各向异性了。这样的聚合物溶液具有液晶性质, 而且是溶致性液晶溶液(向列型晶体结构) , 我们可以利用溶液由各向同性向各向异性转变时的粘度剧降来获得可纺性良好的溶致性液晶纺丝液。当这样的聚合物溶液经由喷丝板的细孔(直径约50 Lm) 喷出纺丝且在凝固浴内形成微小气隙时, 聚合物中的分子链则大部分沿纤维轴向平行排列。毛细管内的剪切形变和微小气隙是长丝内的分子近乎排序的主要原因。得到纤维的这种所谓的次晶结构不具有任何非晶态区域, 它所形成的是一种单相半结晶系统。相比之下, 像聚酰胺和聚酯这样的各向同性半结晶性聚合物则是由晶区和非晶区所组成, 而且形成的是一种双相的结晶系统。

纤维的结构与性能

　　芳纶1414纤维的性能，特别是其强度主要取决于聚合物的分子量和分子量分布及其结晶程度。影响上述这些性质的参数有许多。通过提高纺丝原液中的聚合物浓度，就可以在湿纺加工过程中提高纤维中链状分子的取向度，从而使纤维获得较高的强度。原则上，较高的分子量也可以提高纤维的强度值。目前标准长丝的聚合度为75～80，其相应的分子量为18 000～ 19 000。

　　阿克苏?诺贝尔公司的科学家van A art sen和No rtho lt 于1973 年公布了他们对他们的PPTA纤维（Twaron）结晶结构的基础研究成果。下图为他们的PPTA纤维（Twaron）的 晶体结构(晶格)。分子与纤维的轴向平行取向，苯环之间的立体位阻现象是造成PPTA 链形分子呈棒状形态的主要原因。次晶结构是一种单相晶体结构，其局部的结晶近乎，但是在较长的距离内存在着某些晶体缺陷。Twaron 纤维在纤维轴向上的强度很大(强共价链) 而横向上的强度较小。模型显示分子链是由相对较弱的氢链合力将它们共同保持在一个方向上， 而在另一方向上分子链则是由更弱的范德瓦尔斯键合力来保持。因磨蚀所产生的纤维原纤化倾向是因缺少强有力的横向键合力所造成的。

用途

　　用于航空航天领域芳纶纤维树脂基增强复合材料用作宇航、火箭和飞机的结构材料，可减轻重量，增加有效负荷，节省大量动力燃料。如波音飞机的壳体、内部装饰件和座椅等成功地运用了芳纶1414 材料，重量减轻了30%。

　　用于高强轮胎帘子线芳纶1414比重小，强度高，耐热性好，并且对橡胶有良好的粘附性，所以成为的帘子线纤维。目前世界几大轮胎米其林、固特异、倍耐力等公司都已采用芳纶1414作轮胎帘子线，大量用于轿车领域。.

　　用于土木结构工程由于芳纶1414具有轻质高强、高弹模、耐腐蚀、不导电和抗冲击等性能，可用于对桥梁、柱体、地铁、烟囱、水塔、隧道及电气化铁路、海港码头进行维修、补强，特别适合对混凝土结构的加固与修复。

　　在众多领域大显身手芳纶1414还可在充气胶皮制品（如充气救生筏、充气舟桥等）、耐腐蚀容器、轻型油罐及大口径原油排吸管中作骨架材料；用于制作耐高温、耐切割防护手套；利用其自润滑性、耐热性和韧性，可代替有致癌物质的石棉制造隔热防护屏、防护衣及密封材料；还可替代石棉和玻璃纤维来补强树脂，用作耐摩擦、绝热和电绝缘材料；制作舰船绳缆，海底电缆、雷达浮标系统和光导纤维增强绳缆；制造高强度低重量的运动器材，如滑雪板、划艇和皮艇等等。总之，凡要求高强度、耐拉伸、抗撕裂、及耐高温的场合，都是芳纶1414大显身手的领域，具有不可替代的优越性。

芳纶1313

物理化学性质

　　聚间苯二甲酰间苯二胺纤维;芳纶1313;polyisophthaloyl metaphenylene diamine fibre;Fanglun 1313;Nomex

　　分子式：

　　分子量：

　　CAS号：

　　密度：1.33～1.36g/cm3.

　　用途：一种聚酰胺纤维。主要用于防原子能辐射、高空高速飞行材料等方面。也可用于特殊要求的轮胎窗子线。主要用于制料、航天衣料，也用于制耐高温衣料、蜂窝制件、高温线管、飞机油箱、防火墙、反渗透膜或中空纤维等。

　　制备或来源：由间苯二甲酸间苯二胺缩聚后经溶液纺丝而成。

　　备注：断裂强度0.4～0.53牛/特，伸长率30～50%，回潮率6.5%。耐酸、碱、霉、老化。其摩擦性、抗腐蚀性，强度和弹性也好。缺点是耐光性差。

发展

　　芳纶1313zui早由美国杜邦公司研制成功并实现工业化生产，产品注册为Nomex（诺美克斯）。

　　这是一种柔软洁白、纤细蓬松、富有光泽的纤维，外观与普通化纤并无区别，却集众长于一身，拥有超乎寻常的特殊功能。

一、持久的热稳定性

芳纶1313zui突出的特点就是耐高，可在220℃高下长期使用而不老化，其电气性能与机械性能可保持10年之久，而且尺寸稳定性，在250℃左右的热收缩率仅为1％，短时间暴露于300℃高中也不会收缩、脆化、软化或者融熔，在超过370℃的强下才开始分解，400℃左右开始碳化——如此高的热稳定性在目前有机耐纤维中是*的。

二、骄人的阻燃性

　　材料在空气中燃烧所需氧气体积的百分比叫做极限氧指数，极限氧指数越大，其阻燃性能就越好。通常空气中氧气含量为21％，而芳纶1313的极限氧指数大于28％，属于难燃纤维，所以不会在空气中燃烧，也不助燃，具有自熄性。这种源于本身分子结构的固有特性使芳纶1313*阻燃，因此有“防火纤维”之美称。

三、的电绝缘性

　　芳纶1313介电常数很低，固有的介电强度使其在高、低、高湿条件下均能保持优良的电绝缘性，用其制备的绝缘纸耐击穿电压可达到10万伏/mm2，是的绝缘材料。

四、杰出的化学稳定性

　　芳纶1313的化学结构异常稳定，可耐大多高浓无机酸及其它化学品的腐蚀、抗水解作用和蒸汽腐蚀。

五、优良的机械特性

　　芳纶1313是柔性高分子材料，低刚度高伸长特性使之具备与普通纤维相同的可纺性，可用常规纺机加工成各种织物或无纺布，而且耐磨抗撕裂，适用范围十分广泛。

六、的耐辐射性

芳纶1313耐α、β、χ射线以及紫外光线辐射的性能十分优异。用50Kv的χ射线辐射100小时，其纤维强度仍保持原来的 73％，而此时的涤纶则早已成了粉末。

　　而稳定的化学结构赋予芳纶1313诸多优异性能，通过对这些特性加以综合利用，一系列新产品不断地开发出来，在安全防护、高过滤、电气绝缘、结构材料等领域的应用越来越广，普及程度越来越高，已成为军事、产业、科技等许多领域的重要基础材料。

　　由于芳纶1313生产工艺极其复杂、技术难度大、投资成本居高不下等原因，长期以来，世界上仅美国、日本有能力生产，并控制着芳纶市场。值得骄傲的是，在我国，烟台氨纶有限公司经过数年攻关，冲破各种艰难险阻，终于研发了卓诚芳纶1313，并成功实现了工业化生产，性能与NOMEX相同，价格却远远低于杜邦。