2019-4芳香族酰胺
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2020/8/16
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。
2. 相2020邻/8/16的片状微晶之间主要
芳香族聚酰胺纤维
对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维
• 力学性能
ü PPTA纤维其强度比一般有机纤维高3倍以上
ü 模量是尼龙的10倍，涤纶的9倍，钢丝的2～3倍
ü 比重只有钢丝的1/5左右，因此其比强度相当于 钢丝的6-7倍，作为结构材料可以替代钢铁及钛
Ø 合PP金TA等纤金维属横材向料强度(压缩强度和剪切强度）比纵 向拉伸强度低很多
• 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。
2020/8/16
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
ü 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
溶剂回收
2020/8/16
缩聚 萃取、水洗 干燥聚合体
2020/8/16
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
ü 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。
1ü.液向晶列态型P液P晶TA溶的液刚是性能链纺大出分高子强在高纺模丝纤溶维液的中纺能丝够溶完液全。 伸展，并在部分区域呈平行排列的状态。
• 我国2019年的生产能力约为5000吨/年。
2020/8/16
芳香族聚酰胺纤维
简介
• 芳香族聚酰胺的主要品种
2020/8/16
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
对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维
• 聚合物的制备：低温溶液缩聚法
ü 聚合体系必须严格保持无水，否则聚合将难以进行。 ü 在N-甲基吡咯烷酮（NMP）溶剂中加入了LiCl、
C应a的Cl程2等度盐。，可增强体系的溶剂化作用，促进缩聚反 ü 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。 ü 经过萃取、水洗、粉碎、干燥，即成为所需的PPTA 纺丝原料。
2020/8/16
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
ü 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。
Ø 耐疲劳性问题较突出。
为什么？
2020/8/16
芳香族聚酰胺纤维
对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维
• 热性能
ü 玻璃化温度为345℃，分解温度为560℃，极限氧指 数为28～30%。
ü 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。
ü 有很强的Hale Waihona Puke Baidu熄性和阻燃性
2020/8/16
ü 平行分子链间严格对齐， 由氢键交联形成bc片晶。
2020/8/16
芳香族聚酰胺纤维
对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维
• 结构
ü PPTA纤维的结构模型：褶 裥层结构模型
1.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。
ü 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。
2020/8/16
• 结构
芳香族聚酰胺纤维
对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维
ü PPTA分子中含有较多的极性基团，分子相互作用 力非常强。
ü 经液晶纺丝后，大分子之间平行排列，分子间的空 隙较小。
ü 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
ü PPTA纤维具有较高的结晶度，且结晶相对较完善 。
2020/8/16
芳香族聚酰胺纤维
对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维
• 结构
ü PPTA的结晶结构属单斜晶 系
ü 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
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。
2.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。
3.经过适当的热处理和拉伸，刚性伸直链构象、分子链 2020/8/16
• 结构
芳香族聚酰胺纤维
对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维
NH
NH CO
CO n
ü 分子中的骨架原子通过强共价键结合，键能非常大 。
芳香族聚酰胺纤维
对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维
• 化学性能
ü 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。
ü PPTA纤维不仅须防止紫外光照射，而且不可暴露于 阳光中。
ü PPTA纤维吸湿性强，吸湿后纤维性能变化大，应密 闭保存。
2020/8/16
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。
2. 相2020邻/8/16的片状微晶之间主要
芳香族聚酰胺纤维
对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维
• 力学性能
ü PPTA纤维其强度比一般有机纤维高3倍以上
ü 模量是尼龙的10倍，涤纶的9倍，钢丝的2～3倍
ü 比重只有钢丝的1/5左右，因此其比强度相当于 钢丝的6-7倍，作为结构材料可以替代钢铁及钛
Ø 合PP金TA等纤金维属横材向料强度(压缩强度和剪切强度）比纵 向拉伸强度低很多
• 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。
2020/8/16
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
ü 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
溶剂回收
2020/8/16
缩聚 萃取、水洗 干燥聚合体
2020/8/16
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
ü 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。
1ü.液向晶列态型P液P晶TA溶的液刚是性能链纺大出分高子强在高纺模丝纤溶维液的中纺能丝够溶完液全。 伸展，并在部分区域呈平行排列的状态。
• 我国2019年的生产能力约为5000吨/年。
2020/8/16
芳香族聚酰胺纤维
简介
• 芳香族聚酰胺的主要品种
2020/8/16
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
对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维
• 聚合物的制备：低温溶液缩聚法
ü 聚合体系必须严格保持无水，否则聚合将难以进行。 ü 在N-甲基吡咯烷酮（NMP）溶剂中加入了LiCl、
C应a的Cl程2等度盐。，可增强体系的溶剂化作用，促进缩聚反 ü 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。 ü 经过萃取、水洗、粉碎、干燥，即成为所需的PPTA 纺丝原料。
2020/8/16
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
ü 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。
Ø 耐疲劳性问题较突出。
为什么？
2020/8/16
芳香族聚酰胺纤维
对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维
• 热性能
ü 玻璃化温度为345℃，分解温度为560℃，极限氧指 数为28～30%。
ü 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。
ü 有很强的Hale Waihona Puke Baidu熄性和阻燃性
2020/8/16
ü 平行分子链间严格对齐， 由氢键交联形成bc片晶。
2020/8/16
芳香族聚酰胺纤维
对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维
• 结构
ü PPTA纤维的结构模型：褶 裥层结构模型
1.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。
ü 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。
2020/8/16
• 结构
芳香族聚酰胺纤维
对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维
ü PPTA分子中含有较多的极性基团，分子相互作用 力非常强。
ü 经液晶纺丝后，大分子之间平行排列，分子间的空 隙较小。
ü 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
ü PPTA纤维具有较高的结晶度，且结晶相对较完善 。
2020/8/16
芳香族聚酰胺纤维
对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维
• 结构
ü PPTA的结晶结构属单斜晶 系
ü 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
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。
2.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。
3.经过适当的热处理和拉伸，刚性伸直链构象、分子链 2020/8/16
• 结构
芳香族聚酰胺纤维
对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维
NH
NH CO
CO n
ü 分子中的骨架原子通过强共价键结合，键能非常大 。
芳香族聚酰胺纤维
对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维
• 化学性能
ü 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。
ü PPTA纤维不仅须防止紫外光照射，而且不可暴露于 阳光中。
ü PPTA纤维吸湿性强，吸湿后纤维性能变化大，应密 闭保存。
2020/8/16