聚对苯二甲酰对苯二胺_PPTA_的制造工艺与应用
聚对苯二甲酰对苯二胺的制备和纺丝技术
聚对苯二甲酰对苯二胺的制备和纺丝技术聚对苯二甲酰对苯二胺（简称为PPTA）是一种高性能的工程塑料，因其优异的力学性能、耐高温性能和耐化学性能而被广泛应用。
本文将介绍PPTA的制备和纺丝技术。
一、PPTA的制备PPTA的制备是通过对苯二甲酸和对苯二胺间的缩合反应而得到的。
具体的反应机理如下：反应条件：1、反应物的摩尔比为1:1，且两者应先在NMP（N-甲基吡咯烷酮）中进行预处理。
2、在反应中加入亚硫酸钠(NaSO3)作还原剂，能够提高反应物的收率和PPTA的分子量。
3、反应温度一般在130~140℃左右，反应时间为数十小时。
4、反应完成后，产物通过离心、洗涤和干燥等工艺得到成品。
二、PPTA的纺丝技术PPTA具有高分子量和刚硬的分子结构，因此在纺丝过程中易产生断裂，从而降低了纤维的拉伸性和强度。
为了获得高质量的PPTA纤维，需要采用特殊的纺丝技术。
1、溶液纺丝法PPTA在类似于NMP的有机溶剂中可以形成高浓度的溶液，由溶液纺丝机进行加工。
溶液纺丝法主要有湿法和干法两种。
湿法溶液纺丝法：PPTA溶液通过注射器喷嘴喷出，进入含60%~70%水的淬丝槽中。
通过水的迅速凝固和有机溶剂的快速蒸发，生成了PPTA纤维。
由于纤维过早与水接触，纤维表面容易出现大量的孔隙和缺陷，导致强度降低。
干法溶液纺丝法：PPTA溶液通过注射器喷嘴直接喷向旋转的收丝轮上，逐渐凝固，形成PPTA纤维。
与湿法相比，该法不会产生表面缺陷和孔隙，可以得到优质的PPTA纤维。
2、熔融纺丝法熔融纺丝法是将PPTA粉末加热至熔化状态，然后通过旋转的收丝轮将熔融的PPTA拉伸成纤维。
由于PPTA的熔点很高(320~330℃)，需要采用高温的加热和冷却技术，以便将其熔化和拉伸成纤维。
熔融纺丝法能够得到颗粒形状规则、强度高的PPTA纤维。
总之，PPTA是一种高性能的工程塑料，在化工、电器、航空、防弹材料等领域得到了广泛应用。
通过选择合适的制备方法和纺丝技术，可以获得任意长度和粗细的PPTA纤维，提高其应用的可靠性和经济性。
概述对位芳纶纤维生产工艺设计开发及应用
概述对位芳纶纤维生产工艺开发与应用2011-4-13 10:55:07 阅读74次分享这篇新闻：一、前言对位芳纶简称对位芳香族聚酰胺纤维，其中的聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）纤维，由于PPTA表现出溶致液晶性，是一种重要的主链型高分子液晶。
高分子液晶的工业化是以对位芳纶的另一个差别化产品是浆粕纤维（PPTA-pulp）。
它具有长度短（小于等于4mm）、毛羽丰富、长径比高、比表面积大（可达7-9m2/g）等优点，可以更好地分散于基体中制成性能优良的各向同性复合材料，其良好的耐热性、耐腐蚀性和好的机械性能，在摩擦密封复合材料(代替石棉)中得到了更好的应用。
某些国家浆粕的应用高达芳纶用量的96％。
二、对位芳纶的发展历史美国杜邦公司1972年投产的PPTA纤维(商品名Kevlar)系列为先导的。
该纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐酸碱、耐大多数有机溶剂腐蚀的特性，且Kevlar纤维尺寸稳定性也非常好。
因此，对位芳纶的特点使得它在航天工业、轮船、帘子线、通信电缆及增强复合材料等方面得到了广泛的应用。
我国的清华大学、东华大学、晨光化工研究院、XX合成纤维研究所及巴陵石化XX公司等单位先后开展过PPTA的合成及纺丝研究工作。
“七五”期间，国家在XX投资兴建了30吨/年的PPTA合成中试装置，但由于存在一些技术上的问题，已于1991年停运。
最近几年来，XX新会已开始试产PPTA纤维，设计能力为500吨/年，仍采用国外相近的传统生产方法，但其产品的性能及价格明显不如美国杜邦的Kevlar纤维，最近几年来仍处于中试阶段但对位芳纶由于一些关键的技术问题没有解决，仍没有实现国产化。
加快其开发及产业化步伐，已成为促进我国国防军工及相关产业快速发展的迫切需要。
从对位芳纶的历史价格趋势观察获悉：自对位芳纶问世以来，其价格呈现戏剧性的变化。
最初，Kevlar芳纶价格高达100﹩/kg，随着产量增加其价格逐渐下降，1978年降到25-45﹩/kg。
聚对苯二甲酰对苯二胺的合成方法
聚对苯二甲酰对苯二胺的合成方法2010年第8卷第6期化学推进剂与高分子材料ChemicalPropellants&PolymericMaterials聚对苯二甲酰对苯二胺的合成方法王丹,蔡涛,彭长征,佘万能(湖北省化学研究院,湖北武汉430074)摘要:分别介绍了聚对苯二甲酰对苯二胺的应用及界面缩聚法,酯交换法,气相聚合法,低温溶液缩聚法,直接缩聚法等几种合成方法的优缺点,分析了国内外聚对苯二甲酰对苯二胺的发展趋势.关键词:聚对苯二甲酰对苯二胺;高性能材料;合成方法;应用中图分类号:TB383文献标识码:A文章编号:1672—2I9l(2Ol0)06—0031—04随着科学技术的迅猛发展,有机高分子材料在国民经济的各个领域得到越来越广泛的应用.芳香族聚酰胺是一类重要的高性能材料…,作为唯一高性能的有机纤维,具有超高强度,超高模量,耐高温和密度小,综合性能优异的特点,被广泛应用于宇航,精密电子及信息产业等尖端科技领域】.聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)在我国又称芳纶l414【]】.对位芳纶表现出溶致液晶性,是一类重要的主链型高分子液晶,是已工业化的高性能增强纤维中唯一的有机纤维,也是在高性能复合材料中用量仅次于碳纤维的另一种增强纤维,其相对强度为钢丝的6～7倍,模量约为钢丝和玻右,加热到5O0℃分解而不熔融.其化学结构式如图1所示.HOO-{=l『一千H图lPPTA的结构式Fig.1StructureformulaofPPTA目前,国外PPTA生产主要集中在Et本,美国和欧洲[4】.已经工业化的芳香族纤维除美国杜邦公司生产的Nomex和Kevlar纤维,还有日本帝人公司生产的Conex和Technora纤维,俄罗斯也在生产少量的杂环纤维.虽然生产量小,但各方面的性能都很优秀,几种已商业化的芳纶纤璃纤维的2～3倍,而相对密度只有钢丝的l/5左维产品如表1所示. 表l几种已商业化的芳纶纤维产品Tab.1Severalcommercializedaramidfiberproducts由于PPTA合成技术难度较大,国外又对我国进行技术封锁,因此我虽经过十多年研究开发,但目前尚无l业化生产装置.作为高科技基础的合成材料,闰内对PPTA的需求快速增长,据统计,我国每年直接和问接进口的芳纶及相关制品数以亿元计,缺口6000t左右,市场潜力极大,因此芳纶r4l4再次被列为我国"十一五"重点支持发展的双星号项目.近年来我国高性能芳纶研究与开发进展迅速.目前正在建设的PPTA生产企业如表2所示.收稿日期:20l0—06一l8作者简介:王丹(1984一),女,在渎硕士,从事功能材料的研究与开发. 电子信箱:pptawang@l63com王丹等?聚对苯二甲酰对苯二胺的合成方法在温和的条件下进行缩聚反应的方法称为低温溶液缩聚法.使用反应活性高的单体,在室温下进行反应,可避免副反应发生,得到高的聚合物.用此树脂液可直接进行湿法纺丝,凝浴为含有硫氰酸钙的DMAC水溶液.]:业上使用酰胺一盐溶剂体系进行缩聚,通过加入碱或碱土金属盐,产生溶剂分子与金属阳离子的多级缔合作用,例如组成如NMP—CaCI2,NMP—LiCl等体系,溶剂中存在的金属阳离子,将增加体系溶剂化作用,加强溶剂体系与PPTA之间亲合,增加PPTA的溶解性,促进缩聚反应的程度.在研究低温溶液缩聚法直接制备对位芳纶浆的过程中,发现加入较低的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)~I1PVPK30可加快反应速率,提高浆粕的特性黏度和长径比,且浆粕的表面毛羽丰富[1.然而PPTA纤维树脂难溶难熔,必须在浓硫酸里面纺丝,加工较难,设备腐蚀严重.在低温溶液缩聚时,加入第三或第四单体是解决PPTA溶解性的最好方法【14].前苏联以4,4一二氨基二苯醚为第三单体,得到的纤维强度优于Kevlar29.TomokoGoto从分子设计的角度,以4,4一二氨基二苯醚为第三单体,在双溶剂DMAc/DMI里合成出高黏度的嵌段共聚物,由于分子链中软段和硬段同时存在,纺制成的纤维具有高强度,高韧性,其热稳定性优于PPTA[15】.中科院化学研究所,清华大学化纤所[16-18]研究了4,4一二氨基二苯醚作为第三单体在六甲基磷酰胺/二甲基乙酰胺混合溶剂中及4,4一二氨基二苯醚在NMP中的合成规律.日本东丽公司[19】将4,4一二氨基二苯醚,2一氯代对苯二胺进行四元共聚,聚合物可以原液纺丝,纤维的伸长率,耐疲劳性能较好,屈曲疲劳寿命比PPTA高一个数量级.此类纤维的热延伸性极好,其原因在于共聚以及部分氯代能适当地抑制结晶速度,易拉伸取向,可纺性增加,在纤维中不易生成应力集中点.由于氯代单体的加入其耐热性也提高了.低温溶液缩聚法制备芳香族聚酰胺,反应时间较短,合成的聚合物适当,可以满足纺丝的要求,但是对各个反应物的纯度要求都极高.而且,参加反应的单体和溶剂都不易保存,往往造成极大的浪费.5直接缩聚法直接缩聚法叫是将芳香族二酸和芳香族二胺在非质子有机极性溶剂(如NMP,DMAc等)中,以亚磷酸三苯酯为催化剂,在温和条件下进行缩聚反应.一般必须有PY(吡啶)存在,有时加模板聚合物4一乙烯基吡啶来促进反应.一般用这种方法得到的芳香族聚酰胺的比浓对数黏度达到2 左右.这样低的聚合物虽不具有高的力学性能,但可以通过后期扩链,来提高原液的浓度,合成机理(图5)和聚合机理(图6)如下:'H.一88--OH+H2N--~--NH:+P(OC6H5)LiCI/CaCI2/NMP/Py100~C,2hOO'扣一88壬*+HOP(C6H~c…图5直接缩聚法合成PPTA机理Fig.5PPTAsynthesismechanismbydirectpolyc0ndensationP(OAr)JPyNMP,LiCl8AIIH—P—OC0一R—COO—P—H/\/\ArOOArArO0ArjHN—R一NH:'十NH—O—HN0c—R—CO—+2HO—P(oc6H5)2+2C6H5OH 图6直接缩聚法聚合机理Fig.6POlymerizationmechanismofPPTAby directpolycondensationmethod直接缩聚法制备芳香族聚酰胺,艺成熟,能耗较小,且反应条件温和,合成的聚合物通过后期的扩链,可以形成,适当的原液.6其他方法文献[9】报道把溶于150mL四氢呋喃中的间苯二甲酰氯和对苯二甲酰氯(物质的量比为60:40)的混合液于搅拌下加到12℃的问苯二胺的碳酸钠溶液中(浓度为0.4mol/L),2rain后把150mL四氯化碳加入到反应体系中,分层后得到水相和有机相两相,分离两相,除水后可得到平均粒径为10-30m的不互相黏和的非晶态聚合物.此34化学推进剂高分子材料ChemicalPropellants&PolymericMaterials2010年第8卷第6期法可简化有机溶剂回收操作过程,减少母液量,从而制取芳香族聚酰胺.另外,有报道采用芳香族二异氰酸酯与二酸反应制取芳香族聚酰胺,如三井东亚用问苯二甲酸,对苯二甲酸制取芳香族聚酰胺【21.刚刚过去的20世纪,是我l:业生产大规模发展的1业经济时代】,随着汽车,电器,机械,通讯的迅速发展,对f程塑料的要求更高,一般的I程塑料很难满足实际需要,因而对高强高模的芳香族聚酰胺纤维需求量维持了较高的年增长率.但是我国的芳纶的研究起步较晚,所使用的芳纶全部来自进口,每年花费约4亿元,成本高且外不时对我国进行封锁,造成供货紧张.为了适应我圉的发展,必须加大对芳纶纤维的研究力度】.参考文献【1】尤秀兰,刘兆峰.聚对苯二甲酰对苯二胺及其共聚体纤维的成型新技术[J1.高分子通报,2003(6):65—71.【2】褚乃清,刈彩明,李丽霞.两种芳纶纤维定性鉴别方法的研究fJ1.中困纤检,2005(12):20—22.【3】沈新元.先进高分子材料【M】.上海:中国纺织出版社, 2006:65—66.【4】梁诚.高性能芳纶及其中问体开发前景广阔【J】l精细化原料及中I司体,2008(6):36—38,35.【5】王琛.高分子材料改性技术【MI—I海:中旧纺织出版社,2007:347—348.【6】刘雄军,佘万能,何晓东.PPTA及改性PPTA的合成与性能表征【J】.代化:[,2006,35(4):230—232,288.【7】MorganPW.Condensationpolymersbyinterfacial andso1utionmethods【M】.NewY ork:Wi1eY Interscience.1965:3—16.[81MorganPW,KwolekSL,SchaewfgenJR,eta1. Synthesis,anisotropicsolutionsandfibersofpoly(I,4-benzamide)【J】Macromolecules,1977,10(6):l390一I394.【9】Y otsumoroToshihiro,lmaiIsamu.Pneumatictire havingbeadsectionreinforcinglayer:JP,62131804lPJ.1987.【l01DuPont.V apo卜Phasepreparationofaromatic polyamides:US,4009153【P】.1977.【11】拿杨,丁健,邢晓尔,等.直纺型聚对苯二甲酰对苯二胺的制,胥方法:CN,l241584[P1.2000.【12】洪定一,H占霞,马冬杰,等.溶致液晶聚对苯.--q~酰对苯二胺的合成及性能【J】.化工新型材料,1994,1l (4):9-l5..【13】尤秀兰,刘兆峰,傅群,等.PVP存在下直接缩聚法制箭PPTA浆粕【J】.纺织,2003,24(5):9—12.『141戴信飞,曹煜彤,尤秀兰,等.合成方法对共缩聚PPTA 比浓对数粘度的影响fJ】.合成纤维工业,2005,28(3): 28—31.[I5JromokoGoto.Highstrengthandhightoughness aromaticPolyamidefiber.I.Preparationand propertiesofblockpoly(p?phenyleneand4.4? diphenyletherterephthamide)fiber[J].JApplPolymSci,l998,37(4):867—875.【16】单国荣,潘智存,划德tl1,等.合成方法对芳香共聚酰胺液晶行为的影响【J】.清华大学(自然科学版),1998,38(6):31—33.【17】于燕牛,周其庠,赵安赤,等.聚芳酰胺共缩聚改性的研究『J】.高分子材料科学与工程,1989,9(5):10一l6.【18】单周荣,潘智存,贺玉斌,等.合成方法对芳香共聚酰胺性能的影响【J】.高分子材料科学与工程,l997,6(13):56—59.fl9】神田拓属,河合孝.芳香族lJ7'三F共重合体缄雒裂造法:日本,公开特许公报,昭55—22052【P】.1978【20】FukujiHigashi.Whollyaromaticpolyamidesbythe directpOlycondensationreactionusingtriphenyl phosphiteinthepresenceofpolyr4?vinylpyridine)【J】.PolymerScience,1980,18(3):851-856.【21】ToyodaToshihiro,OosawaMasanori,JinnoMasahiro,etaf.Moldingmethodofaromaticpolyam/de:JP.61l043l【P】.1986.f22l王祖明,袁宝庆.芳香族聚酰胺纤维生产技术与应用….高科技纤维与应用,2004,29(5):40—45..SynthesisMethodsofPoly(p-phenyleneterephthalamide)W ANGDan,CAITao,PENGChangzheng,SHEWanneng (HubeiResearchInstitutionofChemistry,Wuhan430074,China)Abstract:Theapplicationofpoly(p-phenyleneterephthalamide)aswellastheadvantagesan ddisadvantagesofitsseveralsynthesismethodsincludinginterracialpO1ycOndensatiOn,transesterification,gasphasep olymerization,low-temperaturesolutionpoIycondensation,directpoIycondensationandsoonareseparatelyintroduced.Thedevelop menttrendofpoly(p'phenyleneterephthalamide)athomeandaboardisanalyzed.Keywords:poly(p—phenyleneterephthalamide);highperformancematerial;synthesismethod;application。
聚对苯二甲酰对苯二胺_PPTA_的制造工艺与应用
图 6 各种增强材料的性质比较
( 7) 尽管 Tw a ron 纤维的压缩模量与拉伸模 量相等, 但其轴向抗压强度却仅为其抗拉强度的 1 5。
—4—
(8) Tw a ron 纤维的缺点是抗紫外线照射的 能力比较低。 对户外用途而言必须实施抗紫外线 保护, 通常采用复合结构就可以达到保护目的。
态的主要原因。次晶结构是一种单相晶体结构, 其 局部的结晶近乎完全, 但是在较长的距离内存在 着某些晶体缺陷。 Tw a ron 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
纺丝原液中的聚合物浓度, 就可以在湿纺加工过 显示分子链是由相对较弱的氢链合力将它们共同
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
图 5 PPTA 的晶体点阵 (晶格)
图 5 所示的是 PPTA 晶体结构 (晶格) 的基 本单元。分子与纤维的轴向平行取向, 苯环之间的
2 Tw a ron 纤维的结构和性质
立体位阻现象是造成 PPTA 链形分子呈棒状形
Tw a ron 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
标准 Tw a ron
1144
高模量 Tw a ron
1145
500
500
2 100 60 316 615 90 017
2 100 75 215 210 90
0105
人造丝
1153
200
520 12 1310 1210 20 012
PPTA浆粕
密封材料 密封圈
增强材料 玄武岩纤维
二、反应的原料及其过程
原料：对苯二胺（PPDA） 对苯二甲酰氯（TPC） 催化剂：N-甲基吡咯烷酮（NMP），液氨
反应方程式：
聚合过程 • 在不锈钢反应容器中，加入含有7%（质量百分比）CaCl2的NMP溶 液150ml，通干燥氮气，在搅拌作用下加入一定量的对苯二胺粉末， 待其完全溶解后，用冰盐水浴冷却至-15℃，加入与PPDA 等克分子 的对苯二甲酰氯粉末，调至相应搅拌速度，进行溶液缩聚反应，每 5min取样，直至反应体系发生凝胶化，此时停止搅拌，取出凝胶体， 高温熟化5h，打浆，冷水洗涤数次至中性，用热水煮洗，除去残留溶 剂、氯化钙，在120℃下干燥5h，得到淡黄色浆粕状纤维，又名芳纶 浆粕 芳纶浆粕
PPTA浆粕
一、高分子简介
聚对苯二甲酰胺对苯二胺（Poly(para-Phenylene Terephthalamide),PPTA)
结优异的物理机械性能同时，有更强的复 合效果，被广泛应用于摩擦、密封、增强材料等领域。
应用： 摩擦材料 离合器 制动蹄
三、工艺流程图
• 典型的PPTA浆粕聚合过程 • 典型的添加液氨直接缩聚法制备PPTA浆粕的工艺流程如下图所示
四、结论
经过长期的科研和产品开发,PPTA纤维在80年代实现了市场突破。 由于生产工艺和加工技术完善,因而PPTA纤维产品的性能将视市场的 需求而日趋多样化。目前,这种高性能的PPTA纤维是一种很有名、且 用途十分广泛的纤维材料。
对位芳纶纤维
概述对位芳纶纤维生产工艺开发与应用一、前言对位芳纶简称对位芳香族聚酰胺纤维，其中的聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）纤维，由于PPTA表现出溶致液晶性，是一种重要的主链型高分子液晶。
高分子液晶的工业化是以对位芳纶的另一个差别化产品是浆粕纤维（PPTA-pulp）。
它具有长度短（小于等于4mm）、毛羽丰富、长径比高、比表面积大（可达7-9m2/g）等优点，可以更好地分散于基体中制成性能优良的各向同性复合材料，其良好的耐热性、耐腐蚀性和好的机械性能，在摩擦密封复合材料(代替石棉)中得到了更好的应用。
某些国家浆粕的应用高达芳纶用量的96％。
二、对位芳纶的发展历史美国杜邦公司1972年投产的PPTA纤维(商品名Kevlar)系列为先导的。
该纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐酸碱、耐大多数有机溶剂腐蚀的特性，且Kevlar纤维尺寸稳定性也非常好。
因此，对位芳纶的特点使得它在航天工业、轮船、帘子线、通信电缆及增强复合材料等方面得到了广泛的应用。
我国的清华大学、东华大学、晨光化工研究院、上海合成纤维研究所及巴陵石化有限责任公司等单位先后开展过PPTA的合成及纺丝研究工作。
"七五"期间，国家在南通投资兴建了30吨/年的PPTA合成中试装置，但由于存在一些技术上的问题，已于1991年停运。
最近几年来，广东新会已开始试产PPTA纤维，设计能力为500 吨/年，仍采用国外相近的传统生产方法，但其产品的性能及价格明显不如美国杜邦的Kevlar纤维，最近几年来仍处于中试阶段但对位芳纶由于一些关键的技术问题没有解决，仍没有实现国产化。
加快其开发及产业化步伐，已成为促进我国国防军工及相关产业快速发展的迫切需要。
从对位芳纶的历史价格趋势观察获悉：自对位芳纶问世以来，其价格呈现戏剧性的变化。
最初，Kevlar芳纶价格高达100﹩/kg，随着产量增加其价格逐渐下降，1978年降到25-45﹩/kg。
90年代初，荷兰AKZO公司推出对位芳纶Twaron，竞争加剧导致对位芳纶价格下降，最低时降到约15﹩/kg，被认为是无法投资盈利的水平。
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(3) 纤维的断裂强度是与其质量相关的一种 强度数值, 该数值可由 (常用的) 与体积相关的抗 拉强度除以密度的方法计算得出。这种比强度 (强 度系数) 很可能是用来解释唯一性的最重要的性 质。 新近开发出的 Tw a ron 纤维的强度值超出目 前标准 Tw a ron 纤维的强度值 20% 以上。
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完全排序的主要原
因。 Tw a ron 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。
PPTA 不溶于大多数的有机和无机溶剂, 其 熔点高于约 500℃的降解温度, 熔体纺丝加工的 温度除外。然而, PPTA 可溶于某些强酸中。我们 发现无水硫酸是用于 PPTA 湿纺的一种较为廉 价的纺丝溶剂。
浓度为 100% 的硫酸溶液是将油与 96% 的浓 硫酸进行混合而制得的。 溶剂经冷却后固化并与 PPTA 粉末相混合形成一种约含 20% 聚合物的 固溶体。在像挤出这样的加工中, 物料经充分混合 并将制得的纺织液送至喷丝板纺成极细的长丝。 长丝在加有稀硫酸的纺丝浴内进行冷却固化, 而 后经水洗并用氢氧化钠进行中和后再用软水进行 最后冲洗。长丝经上油之后干燥, 通过若干后处理 工序就可以生产出各种不同品种的长丝产品。 其 他 Tw a ron 产品是短纤维和浆粕, 它们最初均是 用长丝制成的, 如图 4 所示。
标准 Tw a ron
1144
高模量 Tw a ron
1145
500
500
2 100 60 316 615 90 017
2 100 75 215 210 90
0105
人造丝
1153
200
520 12 1310 1210 20 012
聚酰胺 聚酯纤维 66
1114
1138
255
260
830 5
2010 410 45 4
表 2 Tw aron 纤维的用途
最终产品
用 途
主要性质
轮胎
卡车轮胎、高速轮 密度小、重量轻、 胎、摩托车轮胎、飞 强 度 高、尺 寸 稳 机轮胎、自行车胎 定、低收缩
机械橡胶制品 (M R G)
输送带、传动带、汽 车 用 软 管、液 压 软 管、海 洋 石 油 钻 探 软 管、控 制 操 纵 用 电缆
综述 国外纺织技术 总第 192 期
(1) 各种有机纤维与钢丝和玻璃纤维相比密 度低, 这是它们用于轻质构件的优点之一。
( 2) 与钢纤维、玻璃纤维和碳纤维相比, 有机 纤维的缺点是溶点和分解温度较低, 这至少在高 温用途方面是这样。 然而 Tw a ron 纤维的使用价 值很高, 这是因为它们可耐受各种加工温度。 此 外, 可满足 Tw a ron 纤维较高的加热性能的用途 却十分有限。
高强度、高模量、 尺寸稳定、耐热、 耐化学腐蚀
电缆、绳索
架空光纤电缆、管 高强度、高模量、
道电缆、电气电缆、 尺 寸 稳 定、密 度
机械结构缆、锚用 小、耐 腐 蚀、耐
系船缆
热、介电性质好
复合材料
飞 机 用 织 物、集 装 箱 用 织 物、压 力 容 器、造 船、体 育 用 品、塑料添加剂
重量轻、高强度、 高 模 量、耐 冲 击 强度高、易加工、 耐磨
840 10 1315 0 55 515
钢丝
7185
1 600
330 20 119 0 100 0
碳纤维 碳纤维 (高强度) (高模量)
1178
1183
E 型玻 璃纤维
2158
3 700 3 700
825
1 910 1 230
780
134
256
28
114
015
210
0
0
013
100
100
95
0
0
0
—3—
和N o rtho lt 已于 1973 年公布了他们对这些项目
表 1 为 Tw a ron 纤维与其他增强纤维材料的 主要性能的比较结果, 由表 1 可知:
表 1 各种主要增强纤维的性质比较
性 能
密度 (kg m 3) 分解温度 熔融 温度 (℃) 强度 (mN tex) 起始模量 (N tex) 断裂伸长率 (% ) 回潮率 (% ) 耐热性 (% ) 热风收缩率 (% )
(6) Tw a ron 纤维的短期耐热试验表明, 其耐 热性不如钢、玻璃和碳纤维, 但是与各种常规纤维 相比其耐热性要好得多。
图 6 各种增强材料的性质比较
( 7) 尽管 Tw a ron 纤维的压缩模量与拉伸模 量相等, 但其轴向抗压强度却仅为其抗拉强度的 1 5。
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(8) Tw a ron 纤维的缺点是抗紫外线照射的 能力比较低。 对户外用途而言必须实施抗紫外线 保护, 通常采用复合结构就可以达到保护目的。
表 3 为目前现有的各种轮胎增强材料的品质 比较表。 从表中可以看到所有轮胎用增强材料均 性能良好, 但是要想显著地减少轮胎的重量也只 能通过用 PPTA 材料来替代各种传统材料的方 法来实现。 由于 Tw a ron 纤维的单位截面的强度很大,
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图 7 各种纤维的性能比较
3 最终产品和主要用途
Tw a ron 纤维主要用于制造各种耐冲击 (防 弹) 织物、复合材料、光纤电缆、机械橡胶制品、摩 擦与密封件以及防护工作服等。 尽管 Tw a ron 纤 维的制造是以高技术纺织工艺为基础, 但采用的 还是常规加工方法, 无需采用特殊的加工技术。吊 综、加捻、织造、浸染、长丝缠绕等均是成熟的生产 工艺技术, 采用这些技术有助于从低级到高级各 种技术含量的最终产品进入市场。
(4) Tw a ron 纤维的断裂伸长率比各种传统 的有机纤维的小, 但比钢纤维、玻璃纤维和碳纤维 的要大。这一点有时是优点而有时则是缺点, 这要 视纤维的用途而定。
(5) 图 6 中各种增强纤维的抗拉强度曲线表 明 Tw a ron 纤维是一种高强度纤维, 其拉伸模量 非常高但比碳纤维的拉伸模量要低。 图中各种纤 维的比强度和比模量数值均说明了 Tw a ron 纤维 是一种性能极好的轻型增强材料的原因。
图 5 PPTA 的晶体点阵 (晶格)
图 5 所示的是 PPTA 晶体结构 (晶格) 的基 本单元。分子与纤维的轴向平行取向, 苯环之间的
2 Tw a ron 纤维的结构和性质
立体位阻现象是造成 PPTA 链形分子呈棒状形
Tw a ron 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
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
高纤维的强度值。目前标准长丝的聚合度为 75～
生的纤维原纤化倾向是因缺少强有力的横向键合
80, 其相应的分子量为 18 000～ 19 000。 这 些 力所造成的。
Tw a ron 纤维均为高结晶性纤维。 阿克苏·诺贝尔公司的科学家 van A a rtsen
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图 4 制造工艺流程
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取向并且聚合物溶液内的分子结构呈各向同性。 的基础研究成果。
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
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聚对苯二甲酰对苯二胺 (P P TA ) 的制造工艺与应用
袁力强 译
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1Caesa r
著 张会英 校
大量的高性能纤维主要是在 1960 年～ 1980 年间开发出来的, 但其中只有为数不多的纤维产品 进入了市场。 用途最广泛的是以聚对苯二甲酰对苯 二胺(PPTA ) 为原料制造的高强度纤维。 荷兰的阿 克苏·诺贝尔 (A kzo N obel NV ) 公司和美国的杜 邦 公 司 是 PPTA 纤 维 的 首 创 者, 它 们 生 产 的 Tw a ron 和 Kevla r 两种品牌的商品纤维的市场每 年达 25 000 多吨。 这两家公司所提供的 PPTA 纤 维占该种纤维全球用量的 95% , 日本帝人公司提供 的商品名为 T echna ra 的 PPTA 纤维略有不同。 德 国的赫司特 (Hoech st) 公司则于 1997 年中止了其 T reva r 品牌的 PPTA 纤维的生产。
表 2 为用 Tw a ron 纤维制成的各种最终产 品、用途及其主要性能的综合调查表。 311 轮胎 Tw a ron 产品公司目前正在与世界各地最主 要的轮胎制造厂家密切合作, 积极开发各种卡车 和轿车用新概念轮胎所需的 Tw a ron 纤维。 而且 这些纤维还可用来制造飞机、摩托车和自行车轮 胎。 在各种运输系统中, 对节能的要求显而易见, 而且还需要有各类轻型阻力小的轮胎。
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
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综述 国外纺织技术 总第 192 期
图 1 对苯二胺 (PPD ) 的合成 图 2 对苯二酰氯 (TDC) 的合成
图 3 Tw aron 的溶剂缩聚
PPD 在冷却了的NM P 与 CaC l2 的悬浮液中 溶解, 该溶液的主要功能就是形成一种带有酰胺 键合的复合体以便使溶液中的聚合物分子链尽可 能地长。 加入经精确计量的熔融 TDC, PPTA 借 助于水的作用在足够高的聚合度 (大约 80 个聚合 结构单元) 下凝固, 而后进行清洗和干燥, 如图 3 所示。