介绍01芳纶纤维

芳纶纤维全称芳香族聚酰胺纤维，是由芳香族聚酰胺组成的线性聚合物。具有优异的机械性能、稳定的化学结构、理想的机械性能、超高强度、高模量、耐高温、耐酸碱、重量轻、耐磨等优良性能。

与普通柔性聚合物分子链不同，对位芳纶纤维的主链结构主要由苯环对位的棒状分子结构组成。由于共轭苯环的存在，分子链段难以内旋转，呈现线性刚性结构。

图1柔性链聚合物和刚性链段聚合物示意图

芳纶纤维分子主链规整性好，含有刚性致晶单元，容易形成液晶形态。当这种刚性分子链处于液晶状态时，随着浓度的增加，可以并排形成平行排列的结构。内部分子链段高度有序，无需特殊拉伸，只能通过纺丝定向实现拉伸链结构，实现高模量。

乐发平台注册不仅如此，在纺丝过程中，这种结构还可以在有限的空间内沿纤维方向高密度多层堆叠，使聚合物具有更高的强度。芳纶纤维的分子链沿纤维轴向高度方向，酰胺基团上的氢原子可以与另一个分子链上的电子基形成氢键，使分子链之间形成氢键交联。

乐发平台注册芳纶纤维包括不同形式的超分子结构，如皮芯结构、次晶结构和微纤维结构。图2为芳纶纤维内部结构示意图。纤维皮层的结晶度小于芯层，皮层厚度约为0.1μｍ～1μｍ(根据纤维类型和纺丝工艺的不同)。

乐发平台注册芯层由沿纤维轴排列的单晶组成。芯层的微晶不如皮层的取向度高。纤维中的分子在纵向上几乎与纤维轴平行，在横向上是与氢键片层平行的辐射取向。

乐发平台注册芳纶纤维内部结构示意图图图2

根据化学结构的不同，芳纶纤维可分为对位芳纶、间位芳纶和邻位芳纶三种，其中邻位芳纶很少使用。

芳纶1414对位芳纶

乐发平台注册对位芳纶又称聚对苯二甲酰对苯二胺纤维(PPTA)和聚对苯甲酰胺纤维(PBA)。

乐发平台注册PPTA以对苯二胺和对苯二甲酰氯为单体，在N-甲基吡咯烷酮中(NMP)—氯化钙，通过低温溶液收缩而成。

对位芳纶的主要优点是强度高、模量大。其拉伸强度是钢丝的6倍，拉伸模量是钢丝和玻璃纤维的2~3倍，密度仅为钢丝的五分之一，主要用于安全防护、防弹、橡胶制品增强、高强度缆绳和石棉摩擦材料的替代。

芳纶1313间位芳纶

间位芳酰胺纤维又称聚间苯二甲酰间苯二胺(PMTA)纤维，国产品牌芳纶1313。

乐发平台注册间位芳纶的分子链共价键没有共轭效应，分子链的旋转位可以低于对位芳纶，大分子链的柔韧性比对位芳纶强，纤维结晶度小于对位芳纶。

芳纶具有优异的耐热性、耐火性和绝缘性，主要用于防火材料和机械损伤。

美国的代表品牌是Nomex，20世纪60年代由杜邦商品化生产。Nomex具有耐热、耐火、电气性能优异，常用于:

乐发平台注册①纤维防护服，热气体过滤材料；

②电绝缘纸及复合材料轻蜂窝结构。

乐发平台注册中国芳纶纤维发展史02

乐发平台注册中国于1972年开始开发芳纶，1981年通过芳纶1313鉴定，1985年通过芳纶1414鉴定，分别相当于世界上最大的化学公司——杜邦公司的聚合物Nomex和Kevlar。

乐发平台注册1986～1990年，在中国国民经济发展第七个五年计划期间，北京橡胶工业研究设计院、晨光化工研究院、上海合成纤维研究所、西安交通大学等单位共同承担了一系列关于芳香聚酰胺树脂合成、纺丝技术开发和橡胶工业应用的科研项目，完成了相应的产品开发开发工作。

短短四个春秋，东华大学化纤研究所、晨光化工研究所、上海合成纤维研究所、沈阳红星密封材料厂等单位开发生产的对位芳纶性能接近国际水平。

但由于资源、成本等原因，我国使用的芳纶纤维大多依赖进口。

1999年，山东烟台氨纶有限公司正式提出建设中国第一个芳纶1313项目，并于2001年5月引进俄罗斯技术。经过三年的艰苦技术研究，开发了20多种高科技含量的有色芳纶1313纤维，其产品质量堪比杜邦等世界级公司。同时，还开发了另一种高端产品——芳纶绝缘纸。

芳纶绝缘纸

乐发平台注册七年后，中国烟台泰和新材料对位芳纶-泰普龙也推向市场。

03芳纶纤维生产工艺

乐发平台注册对位芳纶纤维的合成方法

乐发平台注册对位芳纶的主要原料是对苯二甲酰氯氯(TPC)和对苯二胺(PPD)。对位芳纶必须在无水条件下收缩。制备方法有：

①界面缩聚法：

将二羧酸酰氯溶解在与水不混合的有机溶剂中，如苯、四氯化碳等。，然后将二元胺溶解在水中(在水中加入少量NaCO3或NaOH吸收反应产生的盐酸)，然后将上述两种溶液混合，再加入时在两种液体界面上发生收缩反应，产生聚合物膜，因为反应是在界面上进行的，所以称为界面收缩。反应类型如下:

②低温溶液缩聚法：

这是目前合成芳纶纤维最成熟的方法。这种方法用于工业化的Kevlar和Technoral纤维的合成。

乐发平台注册在装有不锈钢搅拌机和干N2的玻璃聚合物反应器中，加入一定量的无水LiCl和吡啶NMP溶液，在室温下加入粉状对苯二胺。溶解后，用冰水浴将溶液降至一定温度，然后加入化学测量的粉状对苯二甲酰氯，加快搅拌速度。随着反应的进行，溶液粘度增加，液位突出。几分钟后，爬杆和凝胶会发生。将所得聚合物加入少量水，粉碎过滤，然后用冷水和热水多次清洗，去除残留溶剂。LiCl、HCL和吡啶，直到洗液中性，然后将聚合物在100℃下干燥5小时以上，以干燥聚合物。然后将聚合物与冷浓硫酸混合，加热至75℃，成为向列液晶溶液，然后纺丝。

芳纶纤维间位合成方法

乐发平台注册芳纶由IPC和MPD收缩而成，包括低温聚合法、界面收缩法、乳液聚合法、气相聚合法。

其中，低温聚合法和界面缩聚法较为常见。

乐发平台注册杜邦公司采用低温聚合法收缩，采用干纺丝工艺；日本帝国公司采用界面聚合法收缩，采用湿纺丝工艺；山东烟台泰和新材料和广东彩色两家国内公司采用低温溶液聚合法收缩，采用湿纺丝工艺生产芳纶。

①低温聚合法：

乐发平台注册在搅拌下将MPD溶解在N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)溶剂中，冷却至0℃左右，然后在搅拌下加入IPC，加热至50~70℃进行反应，反应过程中会产生HCL，反应时应加入Cal(OH)中和溶液，使溶液成为DMAC-Cacl2溶液系统，调整浓度，用于湿纺丝。该方法消耗的溶剂较少，操作步骤简单，生产效率高，因此广泛采用低温收缩法。

②界面聚合法：

在四氢呋喃中溶解IPC(THF)溶剂中形成有机相；将MPD溶解在碳酸钠水溶液中，形成水相，然后在强烈搅拌下将有机相加入水相，使有机相和水相在两相界面迅速收缩。产生的聚合物经过过滤、洗涤和干燥后沉淀，得到固体产物。

乐发平台注册界面聚合法反应速度快，聚合物相对分子质量高，可制备优质纺丝原液。但由于工艺复杂，设备要求高，投资高。

应用04芳纶纤维

对位芳纶的应用

对位芳纶具有优异的防弹性能，主要包括军事防护中的软硬结构。芳纶织物可制成防弹背心、防爆毯，也可与树脂复合制成硬头盔和装甲防爆衬垫。对位芳纶还具有优异的耐切割性、耐热性和耐磨性，也可作为工业上的防护服。对位芳纶制成的手套可以防止手指在工业操作过程中切割。