聚合物芳纶1414综述.docx

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1、聚对苯二甲酰对苯二胺(芳纶1414)芳纶是一种新型高科技合成材料，是芳香族聚酰胺的统称。相对于尼龙6、尼龙66等一般聚酰胺材料，由于分子链上相对较为松软的碳链为刚性的苯环结构所代替。芳香族聚酰材料其结构的特性，呈现溶致液晶性，是一种重要的主链型高分子液晶，因此芳纶具有超高强度、高模量和耐高温等优良性能。芳纶目前已被广泛应用于国防军工、及航天航空、机电、建筑、汽车、体育用品等国民经济的各个方面。对位芳纶(PPTA)以其特有的高拉伸强度和热稳定性能成为三大高性能纤维中使用量最大,应用范围最广的产品。聚对苯二甲酰对苯二胺poly-p-phenyleneterephthamide002Yh别名：对位芳

2、纶、芳纶1414性质：化学性质：对苯二胺与对苯二甲酰氯缩合聚合而成的全对位聚芳酰胺。由于分子链的刚性，有溶致液晶性，在溶液中在剪切力作用下极易形成各向异性态织构。具有高耐热性，玻璃化温度在300以上，热分解温度高达560,180空气中放置48小时后强度保持率为84%o高抗拉强度和起始弹性模量，纤维强度0.215牛顿/旦，模量4.99.8牛顿/旦，比强度是钢的5倍,用于复合材料时压缩和抗弯强度仅低于无机纤维。热收缩和蠕变性能稳定，此外还有高绝缘性和耐化学腐蚀性。物理性质通常用低温溶液缩聚方法聚合，溶剂为六甲基磷酰胺、二甲基乙酰胺、N甲基毗咯烷酮和四甲基服等，聚合物生成后即发生相分别，分子量与聚合

3、条件、杂质及溶剂有关。聚合物溶于浓硫酸后采纳干喷湿纺工艺成纤。近年还消失了在螺杆挤压机中连续缩聚及气相缩聚等新聚合方法。合成原料4,4,二氨基二苯醛（ODA）为第三单体、对苯二甲酰氯（TPC）、对苯二胺（PPD）合成方法:,芳抡1414的基本原料为对苯二胺和对苯二甲酸，后者经酰氯化制成对笨二甲酰氯，聚合体由低温溶液缩聚法制得。反应按下式进行,nHtN-j2-nh*nClOC-COCl-EHN，一NHCo，一CO3+2口HCl六甲基磷酰三胺（HMPA）、二甲基乙酰胺（DMAc）、N一甲基毗咯烷酮（NMP等酰胺型溶剂可溶介单体，且具弱碱性，能与反应付产物HCI生成盐酸盐，有利于反应的进行，故被认为

4、是合适的溶剂。然而，由于聚合体在这些溶剂中的溶解度十分有限，因此，制得的聚合体分子*较低。据报导C）当采用HMPADMAC或HMPANMP混合物作溶剂时，由图2 聚对笨二甲酰对笨二胺比粘度与混合溶剂配比的关系 Al-HMPA-NMP（-y）2-HMPA-DMA（x-y）于它们之间生成了络合物，对聚合体的溶解能力大大提高，因而，可制得高分子量的聚合体。溶剂的配比对聚合体分子=影响很大（图2）,水份的存在会导致对苯二甲酰氯和大分子酰氯基团的水解，为了制备高分子量的聚合体，反应应在严格无水条件下进行。此外，聚合体分子量还随着单体浓度的提高而有所下降，可通过改变单体浓度或溶剂配比来控制聚合体的分子量。

5、反应时，先将对苯二胺溶于混合溶剂中，夹套用冰水冷却，在搅拌下迅速加入等克分子的对笨二甲酰氯，反应温度一般为。20P,反应数分钟后即生成冻胶状物，以水作沉淀剂，用高速捣碎机将此冻胶体沉淀粉碎，然后，用水洗涤、烘干即为粉末状聚合体。为了制备高强力纤维，聚合体特性粘度叶至少应为2.5,分子置愈高，纤维强力也愈高。国内外在制备PPTA聚合物时,主要是在添加CaC12为助溶剂的NMP溶液中进行反应。由于NMP极易吸水，因此国内生产的NMP普遍具有含水率高的缺点,这就会造成TPC单体极易水解失活。尽管高品质的NMP可以从日本进口获得,但是溶剂的回收问题尚未得到解决,在生产成本上极大的制约了我们国家对位芳纶

6、的产业化进程。特点：(I)PPTA大分子链以苯环链为骨架支撑,且全部苯环双键与对位连接的C=O双键形成二一二共扼,导致分子链无法发生无规卷曲,因此大分子链呈现出一种直链刚性结构；(2)由于PPTA上述的单元特征,分子链无需外力即可以规整的按肯定的方式取向排布,因此PPTA聚合物在纺丝前就可以呈现良好的结晶性能；(3)PPTA的大分子链以对称的方式布满极性基团,且苯环与苯环之间通过配胺键为桥梁连接,这样分子链之间会存在大量交叉的氢键作用力,因此这种极强的大分子间作用力导致分子间空隙微小,一般有机溶剂无法渗透PPTA内部。正由于上述特别的结构特点,PPTA聚合物经纺丝成纤后,无论是机械性能还是耐热

7、性能都远远高于大多数有机纤维,如其拉伸强度）2.SGPa,是尼龙34倍;模量远远大于钢丝,甚至达到钢丝模量的3倍;韧性也超过钢丝的2倍;但是密度却不到钢丝的1/5,除此之外FPTA还有经高温不溶化,明火不燃烧的特点,在空气中分解温度）500C,因此它的应用领域渗透在材料科学的各个方面。应用：在汽车产业方面,随着车辆工程技术的进展,人们开头普遍要求车用轮胎除了普遍具备耐磨舒适的特点、还要求其具有轻质量、低能耗的优点;对位芳纶以其特有的高强度、形变低、低密度等优点作为轮胎帘子线完全可以达到上述要求;此外它还可运用在汽车保险杠、车体材料平安带、刹车片以及减振片中。在复合材料方面,纤维与多树脂的复合讨

8、论是近年来复合材料进展的一个热门方向,PPTA与环氧树脂制得的复合材料,与纯纤维相比其纵向拉伸力量得到极大的提高,且具有较好的隔热性能,因此成为航天领域应用的热门材料,其还可在混凝土的加固中得到应用。此外,PPTA可与PA6等纤维复合,能够有效互补其强度与抗剪切力量,因此广泛被用作降落伞的帆布与吊索,将PPTA与丁睛橡胶共混可以改善其抗摩擦力低的缺点,还有讨论报道称将PPTA与碳纤维和sic纤维混编后再与树脂进行复合,制得的机器人及航天飞机部件效果更好。在军事工业方面,对位芳纶自问世以来始终是轻质防弹衣的首选材料,当子弹射向对位芳纶无纬布时,子弹的绝大多数动能可以被对位芳纶凭借较高的形变力量转

9、换为自身的弹性势能,从而抵消绝大部分能量。将芳纶与其它基体制成装甲板应用在坦克等装甲车上,与传统钢板相比不但同样能起到防弹等爱护作用,还减轻了自身近一半的重量。PPTA纤维性能优越,但是制备方法非常简单,一方面是由于其对溶剂有特别的要求,而造成很难制得高分子量的PPTA聚合物;另一方面,聚合物分子量越大,则其分子链排列就越紧密,从而有机溶剂越难以渗入其中,这就会使聚合物在纺丝加工时遇到溶解性问题州。即使是98%的硫酸在溶解PPTA时也存在纺丝浓度下溶解不完全的问题,为此工业上都是使用503与98%的硫酸先制得浓度超过100%的发烟硫酸,再将其作为PPTA纺丝时所用的溶剂,配制成光学上各向异性的纺丝液后,采纳液晶纺丝的方法,可制得PPTA纤维。