芳香族酰胺(1)..

力学性能 PPTA纤维其强度比一般有机纤维高3倍以上 模量是尼龙的10倍，涤纶的9倍，钢丝的2～3倍

比重只有钢丝的1/5左右，因此其比强度相当于钢丝的67倍，作为结构材料可以替代钢铁及钛合金等金属材料
PPTA纤维横向强度(压缩强度和剪切强度）比纵向拉伸 强度低很多 耐疲劳性问题较突出。 为什么？




我国2010年的生产能力约为5000吨/年。
芳香族聚酰胺纤维
简介

芳香族聚酰胺的主要品种 名称 聚对苯二甲酰对苯二胺 (PPTA) 聚间苯二甲酰间苯二胺 (PMIA) 聚对苯甲酰胺 （PBA） 分子式
芳香族聚酰胺纤维
对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维

对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维,即聚对苯二甲酰对苯二胺纤维， 是1972年由杜邦公司首先实现工业化生产的，商品名为 Kevlar。
芳香族聚酰胺纤维
简介

芳纶发明于20世纪60年代，美国杜邦公司于70年代初首先实 现了工业化生产。 杜邦公司把芳纶的发明和产业化称之为合成纤维发展史上的 第二个里程碑。 目前，美、德、日、俄等国都已实现了工业化生产，并且芳 纶的产能和产量还在继续增长。 我国于20世纪70年代开始研究芳纶，经过多年的努力，已基 本掌握生产工艺和技术。

聚合物的制备：低温溶液缩聚法 在加入了LiCl、CaCl2等盐的N-甲基吡咯烷酮（NMP）溶剂 体系中，严格等摩尔比的对苯二胺和对苯二甲酰氯在温和条 件下(0-20C˚)进行缩聚反应。
NMP-CaCl2 对苯二胺 对苯二甲酰氯
缩 溶剂回收
聚
萃取、水洗 干燥聚合体
芳香族聚酰胺纤维
对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维

聚合物的制备：低温溶液缩聚法
聚合体系必须严格保持无水，否则聚合将难以进行。 在N-甲基吡咯烷酮（NMP）溶剂中加入了LiCl、CaCl2等盐， 可增强体系的溶剂化作用，促进缩聚反应的程度。 对苯二胺和对苯二甲酰氯的反应很快，反应开始后几分钟就出 现爬杆现象，接着产生凝胶，当反应生成物达到所要求的分子 量时，即停止反应。 经过萃取、水洗、粉碎、干燥，即成为所需的PPTA纺丝原料。


芳香族聚酰胺纤维
对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维

纺丝：干喷-湿纺液晶纺丝
PPTA只能溶解于无水硫酸中，在一定温度、浓度范围内形成 向列型液晶纺丝液，然后经干喷-湿纺液晶纺丝制成PPTA纤维。
芳香族聚酰胺纤维
对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维

纺丝：干喷-湿纺液晶纺丝 液晶溶液具有宏观流动性、连续性、有序性和各向异性，向列 型液晶是液晶溶液中出现具有光学各项异性的有序区。 向列型液晶溶液是能纺出高强高模纤维的纺丝溶液。


芳香族聚酰胺纤维
对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维

热性能 玻璃化温度为345℃，分解温度为560℃，极限氧指数为28～ 30%。 耐热性能接近无机纤维，在高温下不熔融，并可以保持较高 的强度和较好的尺寸稳定性。 有很强的自熄性和阻燃性


芳香族聚酰胺纤维
对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维

化学性能 PPTA纤维不溶于绝大多数有机溶剂，仅溶于浓硫酸、甲磺酸 等少数溶剂中。 PPTA纤维不仅须防止紫外光照射，而且不可暴露于阳光中。 PPTA纤维吸湿性强，吸湿后纤维性能变化大，应密闭保存。


芳香族聚酰胺纤维
间位芳香族聚酰胺(PMIA)纤维

间位芳香族聚酰胺(PMIA)纤维，即聚间苯二甲酰间苯二胺纤 维，是由美国杜邦公司开发并于1967年实现工业化生产，商 品名为Nomex。

1986年荷兰的Akzo Noble公司开发出Twaron纤维，随后日本 帝人公司的Technora纤维和俄罗斯的Aroms纤维也相继出现。 以上纤维均属PPTA纤维。

我国于二十世纪八十年代中研制出与Kevlar结构一致的PPTA 纤维，命名为芳纶1414。
芳香族聚酰胺纤维
对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维
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液晶态PPTA的刚性链大分子在纺丝溶液中能够完全伸展，并 在部分区域呈平行排列的状态。 当经受剪切作用时，向列型液晶态聚合物的分子链和晶体都会 进一步沿轴向平行排列，从而保证纤维具有非常高的取向度。
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Hale Waihona Puke Baidu
经过适当的热处理和拉伸，刚性伸直链构象、分子链平行取向 和结晶结构都被保留下来，从而使得PPTA纤维具有极高的强 度和模量。
芳香族聚酰胺纤维
简介

芳香族聚酰胺(aromatic polyamide)大分子的主链由芳香环和 酰胺键构成，其中至少85％的酰胺键直接与两个芳香环键合， 既每个重复单元的酰胺基中的氮原子和羰基分别与一个芳香 环中的碳原子相连接。

由此类聚合物制得的纤维称为芳香族聚酰胺纤维(Aramid fiber)，在我国此类纤维被称作芳纶。

结构 PPTA纤维的结构模型：褶裥层 结构模型 PPTA大分子之间平行排列，分 子之间空隙较小，酰胺基和苯 环交替出现，有利于相邻分子 链之间产生大量的侧向氢键， 由氢键连接的分子平行堆砌成 片状微晶。 相邻的片状微晶之间主要由范 德华力结合在一起。
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芳香族聚酰胺纤维
对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维
对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维

结构 PPTA的结晶结构属单斜晶系 结晶单元尺寸为a=7.87Å， b=5.19Å，c=12.9 Å，其链段 和c轴(纤维轴向)之间的取向角 为6º ，c轴几乎平行于分子链方 向 平行分子链间严格对齐，由氢 键交联形成bc片晶。

芳香族聚酰胺纤维
对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维
对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维

结构 PPTA分子中含有较多的极性基团，分子相互作用力非常强。 经液晶纺丝后，大分子之间平行排列，分子间的空隙较小。

分子链上的酰胺基能够在相邻分子间形成很强的氢键作用， 使聚合物具有良好的规整性
PPTA纤维具有较高的结晶度，且结晶相对较完善。

芳香族聚酰胺纤维
芳香族聚酰胺纤维
对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维

结构
NH NH CO CO
n

分子中的骨架原子通过强共价键结合，键能非常大。

长链分子中的酰胺基被苯环间隔且与苯环形成共轭效应，内 旋转位能相当高，键的自由旋转受阻，酰胺基和苯环能在一 个平面内稳定共存，大分子呈平面刚性伸直链构象。
芳香族聚酰胺纤维