【课件】芳香族聚酰胺纤维ppt

这种聚合物具有良好的规整性，从而具有高度的结晶 性和耐热性。在纺丝过程中，PPTA溶液浓度达临界 浓度后形成向列型液晶态，在外力作用下，很容易沿 作用力方向呈一维取向有序排列。采取干喷湿纺法液 晶纺丝很容易保留这种高度取向结构，形成高强高模 纤维。
PPTA的晶体结构为单斜晶系，在每个单胞中含有两 个大分子链。C轴平行于分子链方向，链间由氢键交 联形成bc片晶，层间是严格对齐的，并且结构中bc片 层堆集占优势，只有很少量的非晶区。纤维中分子在 纵向具有近乎平行于纤维轴的取向，而在横向是平行 于氢键片层的辐射状取向。在液晶纺丝时常见少量正 常分子杂乱取向，称为轴向条纹或氢键片层的打摺，
1956年开始间位芳纶（MPIA纤维)的研究， 并于1967年实现工业化生产
1968年由美国杜邦公司研制成功，当时登记 的商品名为ARAMID，1973年定名为Kevlar， Kevlar纤维在我国称为芳纶。
杜邦公司开发的第一代产品有Kevlar29， Kevlar49，后来又开发出Kevlar149纤维。
聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA〕纤维
(POLYPHENLENE
TEREPHTHALAMIDE)
PPTA纤维是芳纶在复合材料中应用最为 普遍的一个品种，美国杜邦公司于1972 年推出KevIar系列纤维后，荷兰AKZO 公 司 的 Tw a r o n 纤 维 系 列 、 俄 罗 斯 的 Terlon等纤维相继投入市场，中国于80 年代中期试生产此纤维，定名为芳纶 1414 。
杂环芳族聚酰胺纤维是指含有氮、氧、硫等 杂原子的环聚酰胺纤维等。
虽然可合成的高性能芳酰胺有20 多种， 但目前可供应用的品种主要是聚对苯 二甲酰对苯二胺（PPTA）、聚间苯二 甲酰间苯二胺（MPIA）、聚对苯甲酰 胺（PBA）和共聚芳酰胺纤维等。
直径为6mm的

Kevlar纤维可吊
起2吨重量
即PPTA的辐射状打摺结构
PPTA纤维还有微纤结构、皮芯结构、空 洞结构等不同形态结构的超分子结构。 纤维的这种更高层次的有序微纤形态的 形成，以及微纤聚集成束和相互间条状 微纤的相连也有利于纤维承担更大载荷， 这些结构特点是形成各类PPTA纤维不同 强度、不同模量性能的基础。
从化学结构看，PPTA的分子链是由苯环 和酰胺基按一定规律有序排列组成的，酰 胺基的位置接在苯环的对位上，酰胺键与 苯环基团形成大共轭结链具有线 型刚性伸直链（棒状）构形，从而使纤维 具有高强度和高模量，
加上分子内骨架原子是通过共价键结合而成，分子间 的酰胺基是极性基团，基团上的氢可和另一个链段上 酰胺基团中可供电子的羰基（－CO－）结合成氢键， 构成梯形聚合物。

液态高聚物分子的构型示意图
(a)为典型普通大分子，为无规则线团; (b)为刚性大分子，在没有良好侧向作用和导向情 况下的状态; (c)为无规的棒状液晶; (d)为向列型液晶

结构与性能的关系
芳纶纤维具有的优异力学、化学、热学、电学等 性能是与其化学和物理结构密切关联的，而这些 结构的形成又与聚合物合成和成纤的工艺过程有 关。决定聚合物纤维性能的因素很多，既与化学 组成、键接方式、分子量等有关，与链的聚集状 态（例如晶区中分子链的构象、结晶度等）有关， 也与更高层次的纤维形态结构有关。
Kevlar纤维的制造过程
这种纤维用干喷湿纺法制成，具体工艺流 程如下：
将原料溶于浓硫酸中，制成各向异性液 晶纺丝液→挤压喷丝→干湿纺→溶剂萃 取与洗涤→干燥→ Kevlar29纤维→在氮 气保护下经550°C热处理－Kevlar49纤 维。
杜邦公司已经推出7种Kevlar产品，型 号为：Kevlar29，49，68，100，119， 129，149。其中Kevlar100是彩色纤维。 其余6种都是工业纤维。K29是工业通用 的，它是高弹性模量纤维，K68是中弹 性模量纤维，K119是高伸长率纤维， K129是高韧性纤维，K149是超高弹性模 量纤维。
芳香族聚酰胺纤维
(AROMATIC POLYAMIDE FIBER)
芳香族聚酰胺纤维
凡聚合物大分子的主链上至少含有85％的直 接与两个芳环相连接的酰胺基团的聚酰胺， 每个重复单元的酰胺基中的氮原子和羰基直 接与芳香环中的碳原子相连接并置换其中的 一个氢原子的聚合物称为芳香族聚酰胺树脂， 由它经溶液纺丝所得到的纤维总称为芳香族 聚酰胺纤维（简称芳酰胺纤维）。
PPTA分子的合成及化学结构式
O
O
Cl C
C Cl + 2HN
NH2
O
OH
H
C
CN
N
n
O
O
HO C
C OH + 2HN
NH2
分子量高、分子量分布又窄的PPTA聚合物 是由等摩尔比的高纯度对苯二甲酰氯（TDC） 或对苯二甲酸和对苯二胺（PPD）单体在强 极性溶剂（如含有LiCl或CaC12 增溶剂的N甲基吡咯烷酮）中，由低温溶液缩聚或直接 缩聚而得。然后溶于浓硫酸中配成临界浓度 以上的向列型溶致液晶纺丝液，干湿法纺丝， 经洗涤、干燥或热处理，可以制得各种规格、 不同性能、呈金黄色的纤维或着色纤维。
Kevlar纤维的内部是垂直于纤维轴的层状结 构所组成，层状结构则由近似棒状的晶粒所组 成，晶粒长度取决于分子量，Kevlar49的平均 分子量约为40000，存在一些贯穿数层的长晶粒， 它们加强了纤维的轴向强度，层中的晶粒互相 紧密排列。
这种结构使它具有轴向强度及刚度高而横向强 度低的特点。
1986年AKZO公司的Twaron开始工业化生产
我国1972年开始芳纶的研究工作，1981年及 1985年分别研制出芳纶14 和芳纶1414。
芳香族聚酰胺纤维的种类
芳酰胺纤维有两大类：全芳族聚酰胺纤维和 杂环芳族聚酰胺纤维。全芳族聚酰胺纤维按 美国联邦贸易委员会所定的用词为Aramid。 它主要包括对位的聚对苯二甲酰对苯二胺和 聚对苯甲酰胺纤维、聚间苯二甲酰间苯二胺 和聚对苯甲酰胺纤维、共聚芳酰胺纤维以及 引入巨型侧基的其它芳族聚酰胺纤维。