芳族聚酰胺应用领域

聚对苯酰胺纤维是一种高强度、高模量、低密度的芳核酰胺纤维。其纤维密度(1.42~1.46g/cm3为玻璃纤维的60%，为碳纤维的80%，拉伸强度3.4~4.1Gpa，拉伸模量82.7~137.9Gpa，压缩强度仅为拉伸强度的20%，显示出延展性，可以压缩和弯曲，能够吸收能量。它广泛用于热塑性塑料和热固性塑料的增强，是尖端复合材料的高效增强剂。典型应用包括:

1.导弹、核武器、宇航等军用复合材料。可大幅度减轻自重，提高射程和载荷能力。

2.利用其超刚性、低密度性能，用其复合材料作雷达罩及天线骨架。

3.用其复合材料做飞机的地板材料、整流罩、机体门窗、内装饰等结构材料。

4.利用其高强度和低伸长率特性作光缆、电缆、海洋电缆等的增强骨架材料。

5.体育器材。成功地用以制作赛艇、桨、羽毛球拍等。

6.各种高温、耐磨的盘根、刹车片等。

7.橡胶制品。用以制作超高压管、齿型带、三角带等。

1.物理性能

纤维色泽:淡黄色

相对密度:1.4655g/cm3

复丝旦度:1000~1500旦

细度:1.0~1.5旦

复丝强度:2337~2585Mpa

伸长率:1.5~2.5%

弹性模量:>147Gpa

芳纶-I性能接近Kevlar-149的性能，两者比较如表

2.热性能

芳纶-I与Kevlar-49浸渍环氧树脂后耐热稳定性相近，未涂环氧树脂则芳纶-I的热稳定性优于Kevlar-49。

芳纶-I在280℃空气中恒温老化100小时，性能基本没有变化。

芳纶-I在320℃的恒温热老化性能见表

1.树脂生产

以对氨基苯甲酸为单位、N-甲基吡咯烷酮为溶剂，在催化剂、助催化剂存在和80~90℃的条件下，反应3小时。然后，将物料沉析到酒精中，用水洗涤树脂，干燥，即可得到纺丝用树脂。树脂的特性粘度控制在1.8~2.2范围内。

2.液晶浆液的制备

将芳纶-I树脂溶解在含有4~6%助溶剂的有机溶剂(二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮)中，聚合物浓度控制在9~10%左右，即可得到光学上各向异性的液晶浆液。

3.湿法纺丝

将上述液晶浆液过滤，置于贮料筒中脱泡24小时，纺丝液经纺丝计量泵计量后，再经过滤器送至喷丝头，通过Φ0.05~0.08×500~1000孔纺丝帽，以每分钟10~20米的速度从喷丝孔喷入到凝固浴中。凝固浴为20~40%的有机溶剂水溶液，温度为40~50℃。从凝固出来的纤维经水充分洗净，干燥后，即得芳纶-I原丝。原丝在惰性气体中(3~5升/分，500~550℃)热处理3~5秒，即得到芳纶-I纤维。

芳族聚酰胺(Polyamide Aromatic，简称PARA)的纤维及其复合材料具有高拉伸强度高模量较低的伸长率、耐燃烧、耐高温、耐有机溶剂和燃料、润滑剂等特性，因此在工程方面有广泛用途，目前已开发在工业上应用的有PPTA、MPIA、PBA等。

聚对苯酰胺,学名聚对苯甲酰胺,英文名Poly(p-benzamide)，简称PBA。

学 名聚对苯二甲酰对苯二胺

英 文 名 Poly(P-Phenylene terephthalamide)，简称PPTA

美国杜邦公司最早开发出聚间苯二甲酰间二胺(Nomex)纤维，1972年又成功地开发了聚对苯酰胺(Kevlar-29)和聚对苯二甲酰对苯二胺(Kevlar-49)纤维。1979年美国消费芳族聚酰胺的数量7000吨。美国杜邦公司拥有三大家Kevlar纤维生产厂家，即:美国里满德工厂年产能力2万吨;英国梅唐工厂年产能力7000吨;东丽杜邦公司的日本东海工厂年产能力2.5万吨。

荷兰阿克苏公司和杜邦公司的专利纠纷解决后，阿克苏公司积极开发芳族聚酰胺Twaron纤维，建有5000吨生产装置。计划1992年扩大到7000吨。该公司还打算和住友化学公司合作在日本建设芳族聚酰胺工厂。日本帝人公司在松山工厂生产Technora芳酰胺纤维，该公司准备与德国赫斯特公司合作在德国生产芳酰胺纤维。全世界聚对苯二甲酰对苯二胺纤维产量约6万吨。

1.树脂生产

在装有N-甲基吡咯烷酮的聚合釜中，加入氯化铝(为投料量的1.2~1.8%)及吡咯(吡咯/对苯二胺=0.6~1.2摩尔)，然后加入对苯二胺，溶解后分两步加入对苯二甲酰氯粉末(对苯二胺浓度为0.20~0.45摩尔/升，酰氯过量0.30~2.5%)，在氮气保护、常压下进行搅拌反应，反应温度维持在-5℃~80℃，聚合物特性粘度为5.5~6.0.

2.纺丝

Kevlar纤维是采用聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)漆制备而成。PPTA是对-苯二酰胺和-苯二酰氯缩合反应的产品。将PPTA溶解于热浓硫酸中，直到液晶固体浓度打20重量%止。PPTA-硫酸溶液通过干喷丝醉喷到混凝浴中(干喷-湿纺)。然后，用氢氧化钠水溶液中和纤维，继之水洗，干燥，制成Kevlar纤维。

1.树脂性能

特性粘度≥4.5

灰分 ≤500ppm

色泽 淡黄

2.纤维性能

原 丝 热处理丝

拉伸强度 2.8Gpa 2.8GPa

伸长率 5.76% 3.5%

弹性模量 51~64Gpa ≥96GPa

相对密度 1.44 1.45

3.热性能

聚对苯二甲酰对苯二胺具有超高强度、超高模量、耐高温和低密度等特性。其原丝及热处理丝的热失重情况见表

聚对苯二甲酰对苯二胺纤维可用作船舶和气球的系留绳、渔具和采集资源用的牵引绳、游艇帆布、滑翔回收飞船、防弹西装背心和赛马服等防护服。还可用于复合材料的增强纤维，如用作轮胎帘布和皮带帘布等。此外，还可用于飞机、汽车、体育用品等。中国生产的聚对苯二甲酰对苯二胺纤维已成功地用于导弹、飞机、汽车、光缆加强件、赛艇、弓箭、羽毛球等体育器材。

高强度、高模量、低密度芳酰胺纤维，今后仍将继续向超高强度、超高模量、低密度的方向发展。就聚合体制备而言，连续挤出聚合是发展方向，但需要解决分子量控制问题。如何做得分子量分布均匀的聚合体仍是需要努力解决的问题。此外，降低原料成本，降低纤维价格，也是当务之急。只有降低价格，提高质量，才更具有竞争能力。

中国的芳纶-Ⅱ型、美国杜邦公司的Kevlar、荷兰阿克苏公司的Twaron和日本帝人公司的Technora，产品性能的比较见表