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芳綸的基本概念與分類

放大字體  縮小字體 發布日期:2011-08-17   來源:互聯網   瀏覽次數:497  分享到: 分享到騰訊微博
凡聚合物大分子的主鏈由芳香環和酰胺鍵構成,且其中至少85%的酰胺基直接鍵合在芳香環上,每個重復單元的酰胺基中的氮原子和羰基均直接與芳香環中的碳原子相連接并置換其中的一個氫原子的聚合物稱為芳香族聚酰胺纖維,我國定名為芳綸纖維。芳綸具有超高強度、高模


       凡聚合物大分子的主鏈由芳香環和酰胺鍵構成,且其中至少85%的酰胺基直接鍵合在芳香環上,每個重復單元的酰胺基中的氮原子和羰基均直接與芳香環中的碳原子相連接并置換其中的一個氫原子的聚合物稱為芳香族聚酰胺纖維,我國定名為芳綸纖維。

芳綸具有超高強度、高模量、耐高溫、耐酸耐堿 、質量輕等優 良性能 ,其強度是鋼絲的5~6倍、模量為鋼絲或玻璃纖維的2~3倍、韌性是鋼絲的2倍、而質量僅為鋼絲的1/5左右。包括全芳族聚酰胺纖維和雜環芳族聚酰胺纖維2大類,全芳族聚酰胺纖維主要包括對位的聚對苯二甲酰對苯二胺和聚對苯甲酰胺纖維、間位的聚間苯二甲酰間苯二胺和聚間苯 甲酰胺纖維 、共聚芳酰胺纖維以及如引入折疊基 、巨型側基的其它芳族聚酰胺纖維;雜環芳族聚酰胺纖維是指含有氮、氧、硫等雜質原子的二胺和二酰氯縮聚而成的芳綸,如有序結構的雜環聚酰胺纖維等。

芳綸纖維誕生于20世紀60年代末,最初作為宇宙開發材料和重要的戰略物資而鮮為人知。冷戰結束后,芳綸作為高技術含量的纖維材料大量用于民用領域,才逐漸露為人所知。

芳綸的全稱是“芳香族聚酰胺纖維”(英文名Aramidfibers),是一類新型的特種用途合成材料。構成纖維的高聚物長鏈分子中含有酰胺基,與錦綸一樣,同屬于聚酰胺類纖維。但不同的是,構成錦綸的高聚物大分子中連接酰胺基的是脂肪鏈,而芳香族聚酰胺纖維中連接酰胺基的是芳香環或芳香環的衍生物,所以把這類纖維統稱為芳香族聚酰胺纖維,簡稱芳綸。

由于芳香基取代了脂肪基,分子鏈的柔性減小而剛性增強,反映在纖維性能方面,其耐熱性和初始模量都顯著增大。芳香族聚酰胺纖維是目前有機耐高溫纖維中的主要類別,其中最具實用價值的品種有兩個:一是分子鏈排列呈鋸齒狀的間位芳綸纖維,我國稱之為芳綸1313;一是分子鏈排列呈直線狀的對位芳綸纖維,我國稱之為芳綸1414。

兩者化學結構相似,但性能差異卻很大,應用領域各有不同。芳綸1313具有突出的耐高溫、阻燃和絕緣性,成為高性能纖維,主要應用于高溫防護服、電絕緣和高溫過濾等領域。芳綸1414則具有高強度高模量的特點,素有高分子材料中的“百變金剛”,主要應用于個體防護、防彈裝甲、力學橡膠制品(MRG)、高強纜繩、石棉替代品。

芳綸最具實用價值的品種有 3個 :芳綸1313是開發最早、產量最大、應用最廣,也是最有發展前途的有機耐高溫纖維,到目前為止,全球年生產能力已達3.1萬t左右;芳綸1414具有高強度、高模量的特點,素有高分子材料中的“百變金剛”之譽,是當今世界高性能纖維材料的代表;日本帝人公司和俄羅斯開發出的“共聚芳綸”具有更高的力學性能,已用于俄羅斯戰略戰術武器 .

但目前產量較小 ,約為3000~4000t/a。高性能芳綸由于具有良好的應用性能,目前已進入快速發展期 ,其中最主要品種為芳綸1414,化學名稱為聚對苯二甲酰對苯二胺(PPTA),也稱對位芳綸。因具有超高的強度、模量和耐高溫性能,以及良好的絕緣性和抗腐蝕性 ,對位芳綸在高性能纖維中占據了核心地位,并被人們稱為“王牌纖維”。 

芳綸1313

芳綸1313,也稱“對位芳綸”,化學名稱為“聚間苯二甲酰間苯二胺”纖維,英文名稱是“polyisophthaloyl metaphenylene diamine fibre”。

密度:1.33~1.36

芳綸1313纖維的玻璃化溫度為270℃,熱分解溫度為400℃~430℃。無論是在氮氣還是空氣氛圍中,在400℃時纖維的失重小于10%,在427℃以上開始快速分解。芳綸1313纖維有很好的耐焰性能,極限氧指數為29%。在火焰中不會發生熔滴現象,而且如果在會熔滴的化學纖維中混紡少許的芳綸1313纖維也能夠防止熔滴現象。芳綸1313纖維離開火焰會自熄,在400℃的高溫下,纖維發生碳化,成為一種隔熱層,能阻擋外部的熱量傳入內部,起到有效的保護作用。芳綸1313纖維耐溶劑性能好,特別是有機溶劑,耐酸性好于尼龍,但比聚酯纖維略差,常溫。的耐堿性很好,但在高溫下強堿中容易分解。芳綸1313纖維的耐輻射性和耐昆蟲和細菌的腐蝕性能也很好。

用途:一種聚酰胺纖維。主要用于防原子能輻射、高空高速飛行材料等方面。也可用于特殊要求的輪胎窗子線。主要用于制防輻射衣料、航天衣料,也用于制耐高溫衣料、蜂窩制件、高溫線管、飛機油箱、防火墻、反滲透膜或中空纖維等。

制備或來源:由間苯二甲酸間苯二胺縮聚后經溶液紡絲而成。

備注:斷裂強度0.4~0.53牛/特,伸長率30~50%,回潮率6.5%。耐酸、堿、霉、老化。其摩擦性、抗腐蝕性最好,強度和彈性也好。缺點是耐光性差。

間位芳綸紙具有高強度、低變形、耐高溫、耐腐蝕、阻燃、絕緣等性能,廣泛應用于電機絕緣以及航空航天、交通運輸等領域。長期以來,世界間位芳綸紙一直由美國杜邦公司獨家壟斷。

芳綸1414

芳綸1414,也稱“對位芳綸”,化學名稱為“聚對苯二甲酰對苯二胺”纖維,英文名稱是“poly(p-Phenylene Terephthalamide)”,簡稱PPTA 或PPDT,芳綸II。 熔點:500℃

用途:一種有機耐高溫纖維。具有很高的強度和彈性模量。主要用作高速飛機輪胎的窗子線。用作增強材料,用于高壓容器、火箭發動機外殼和雷達天線罩等。

制備或來源:由聚合物經干噴濕紡法或濕法紡絲制得。

對位芳綸(也稱1414)是一種具有超高強度、超高模量、耐高溫、低密度等特性的高性能纖維,廣泛應用于光纜增強、輪胎子午線、輕型復合裝甲等領域,是全球發展最快、用途最廣的高科技纖維。

 

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