芳香族聚酰胺纤维

材料科学技术名词

含芳香环的一类线形聚酰胺纺制成的合成纤维。分为全芳香族聚酰胺纤维和含芳香环的脂肪族聚酰胺纤维。主要品种有聚对苯二甲酰对苯二胺纤维和聚间苯二甲酰间苯二胺纤维。此外，还有聚对苯甲酰胺纤维等。

定义

含芳香环的一类线形聚酰胺纺制成的合成纤维。分为全芳香族聚酰胺纤维和含芳香环的脂肪族聚酰胺纤维。

简介

fɑngxiɑngzu juxiɑn'ɑn xiɑnwei

芳香族聚酰胺纤维

aromatic polyamide fibre

由芳香族二元胺和芳香族二羧酸或芳香族氨基苯甲酸经缩聚反应所得聚合物纺成的特种纤维。主要品种有对位芳香族聚酰胺纤维和间位芳香族聚酰胺纤维两类。

对位芳香族聚酰胺纤维

主要是聚对苯二甲酰对苯二胺纤维（或称聚对苯撑对苯二甲酰胺纤维）。它是把对苯二胺和对苯二甲酰氯缩聚得到的聚合物溶解于浓硫酸或氢氟酸或氯磺酸中制成具有液晶性能的溶液，再经干－湿法纺丝制成的。美国1972年生产的商品名称为凯夫拉尔(kevlar)。另一个是聚对苯甲酰胺纤维（或称聚对氨基苯甲酰纤维），是把对氨基苯甲酰氯的盐酸盐或对亚硫酰胺苯甲酰氯经溶液缩聚而得到的聚合物，或将对氨基苯甲酸溶于N-甲基吡咯烷酮、氯化锂溶液内在催化剂作用下缩聚得到的聚合物溶解在二甲基乙酰胺、四甲基脲等有机溶剂的盐溶液内或溶解在浓硫酸等强酸内得到液晶,再经干－湿法纺丝制成的纤维。这类聚合物主链中的对苯撑基使主链变得僵硬，而且共轭双键效应使苯环和酰胺基的结合力总是力图保持分子的平面性，所以分子链有很好的刚性。因此这类聚合物是刚性链聚合物。利用刚性分子不易折叠的特性，用液晶纺丝形成伸直链结晶，因而增加了纤维中晶区与晶区之间缚结分子的数目，同时大分子聚集体沿纤维拉伸的方向高度取向。这种高度取向的对位芳香族聚酰胺纤维的最大特点是具有高强度（22克／旦以上），约为钢丝的5～6倍；高模量（450～1000克／旦）,约为钢丝和玻璃纤维的2～3倍；低比重,约为钢丝的1/5。这种纤维还具有优良的耐高温、抗化学腐蚀和自熄等特性。聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的缺点是耐紫外线较差。这类纤维主要用于高速飞机等的轮胎帘子线；深海作业、航天和气象等方面的特种缆绳；高压容器、塑料、橡胶的增强材料。聚对苯甲酰胺纤维的抗冲击性能较差，因而在使用上受到限制，但可用作深海光缆的包覆材料。

间位芳香族聚酰胺纤维

主要是聚间苯二甲酰间苯二胺纤维。它是将间苯二胺和间苯二甲酰氯缩聚得到的聚合物溶解在四氢呋喃、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮等有机溶剂中，用干法纺丝或湿法纺丝制成。这类纤维由于大分子主链上含有共轭双键的苯环结构，使聚合物的玻璃化温度升高;又由于其分子间力较大,使其熔点高达400℃;又由于其间苯撑基与酰胺基的作用而使分子具有一定柔性。因此这种纤维最突出的特点是能在较高温度下使用。如美国生产的诺梅克斯(Nomex)在260℃的高温下加热1000小时后断裂强度仍能保持65％,在304℃加热1000小时强度保持64％。在火焰中难燃，具有自熄性，耐老化性良好，能耐大多数有机溶剂，但耐紫外线较差。主要用于易燃、易爆环境的工作服以及宇航服和消防服等。还可用作工业滤材、填料，用这种纤维制成的纸大量用于电器绝缘材料。

聚对苯二甲酰对苯二胺纤维

由聚对苯二甲酰对苯二胺经纺丝制得的芳香族聚酰胺纤维。由于纤维结构中芳酰胺分子束沿纤维轴高度有序排列，因此强度和弹性模量很高，分别为 194～221cN/dtex和 4634～8650cN/dtex。这种纤维温度适应性好,在200℃下使用强度仍能达132cN/dtex，弹性模量2648cN/dtex，在-45℃下还能保持通常的强韧性和尺寸稳定性，其收缩率与蠕变性接近无机纤维，耐疲劳性优于聚酯纤维，但耐光性和压缩强度较差，且难以染色。纤维呈淡黄色。

聚对苯二甲酰对苯二胺纤维于1972年由美国杜邦公司实现工业化生产,80年代中期年生产能力达21kt,商品名凯芙拉(Kevlar)。它有三种类型,即Kevlar、Kevlar29、Kevlar49。目前该公司在英国北爱尔兰兴建年产 7kt的生产厂，在日本与东丽公司合资兴建年产 4kt的生产厂，两厂均计划于1987年投产。荷兰恩卡公司和日本帝人公司也生产三元共聚的这类纤维。

生产方法　聚合物经洗涤和干燥后溶于99％的浓硫酸中，得到浓度为20％的纺丝原液送往纺丝工序。纺丝采用干喷湿纺法(见化学纤维纺丝),纺丝速度约为200～300m/min，不需进一步拉伸，即得高强度纤维。原纤经洗涤后，于500℃下进行热处理,则得高模量纤维。如在缩聚过程中加入3，4′－二氨基二苯醚,所得聚合物可溶于Ν－甲基吡咯烷酮中，则可进行湿法纺丝，所得纤维耐疲劳性好。还有一种原纤化短切纤维是用特殊方法制成的。

用途聚对苯二甲酰对苯二胺纤维主要用作轮胎帘子线，其强度为钢丝的6倍，而密度只有钢丝的1/5，因此可减少帘布层数，并节省车辆的燃料用量；也可用作缆绳、防护材料和石棉代用品。这种纤维还可用作增强材料，其强度比玻璃纤维布高50％。用作水泥增强材料或代替部分钢筋用于超高层建筑中。在高压软管、输送带、空气支撑的顶篷材料、高压容器、火箭发动机外壳和雷达天线罩中，也使用了这种纤维。（见彩图）

聚间苯二甲酰间苯二胺纤维

由聚间苯二甲酰间苯二胺经纺丝制得的芳香族聚酰胺纤维。由于分子主链上的间位苯环与酰胺键形成共轭结构和分子间的氢键作用，这种纤维耐热性很好，用作熨烫布时寿命为聚酰胺纤维布的8倍，棉布的20倍。强度为44.1～48.5cN/dtex，延伸度为30％～50％，有良好的绝缘性能，在火焰中难燃、不熔滴，移开火源因表面碳化而具有自熄作用，且这一性能不受洗涤或干洗的影响。其织物有较好的化学稳定性,在250℃的腐蚀性气体(含二氧化硫、三氧化硫等)作用下,强度仍能保持室温时的60％。缺点是耐光性差,在日光下曝晒一年，强度下降50％，通常需加入耐光剂。

聚间苯二甲酰间苯二胺纤维由美国杜邦公司开发，1967年工业化生产,商品名Nomex。80年代中期年生产能力达15kt（包括纸制品），日本和苏联也有生产。

生产方法　聚合溶液直接用氢氧化钙或氨中和，并在静态混合器中加入苯胺等链终止剂制得纺丝原液，然后用干法纺丝或湿法纺丝制得纤维。还可将纺丝液细流在凝固液中高速剪切搅拌，制得沉析纤维，用作绝缘纸。

用途　聚间苯二甲酰间苯二胺纤维主要用作绝缘纸，可做成大功率电机和发动机的励磁线圈，用作电枢的绝缘材料或加工成蜂窝状结构材料应用于飞机上；还可用作各种防护服或与聚丙烯腈预氧化纤维等混织，以提高抗燃性;也可作长期高温(220℃)使用的流体滤材；其中空纤维（见化学纤维）可用作反渗透膜和过滤膜。

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