间位芳纶

耐高温纤维品种

间位芳纶是一种开发早、应用广、产量大、发展快的耐高温纤维品种，其总量居特种纤维的第二位。

品种介绍

间位芳纶是一种开发早、应用广、产量大、发展快的耐高温纤维品种，其总量居特种纤维的第二位。

分子结构

聚间苯二甲酰间苯二胺是排列规整的锯齿型大分子，在熔融以前就已经分解，玻璃化温度Tg为270℃，在 350℃以下不会发生明显的分解和碳化。当温度超过400℃时，纤维逐渐发脆、炭化直至分解，但是不会产生熔滴；在火焰中不延燃，具有较好的阻燃性，极限氧指数LOI为29%—32%，性能极佳。

特性

优异的耐高温性，良好的尺寸稳定性，优良的可纺性、防火性和耐腐蚀性。

制备方法

(l)聚间苯二甲酰间苯二胺缩聚物的制备芳纶1313由间苯二甲酰氯(ICI)和间苯二胺(MPD)缩聚而成，其反应式为：生产缩聚物主要有如下三种方法。

①界面缩聚法把配方量的间苯二胺溶于定量的水中，加入少量的酸吸收剂成为水相。再将配方量的ICI溶于有机溶剂中，然后边强烈搅拌边把ICI溶液加到MPD的水溶液中，在水和有机相的界面上立即发生反应，生成聚合物沉淀，经过分离、洗涤干燥后得到固体聚合物。

②低温溶液缩聚法先把间苯二胺溶解在N，N二甲基乙酰胺( DMAc)溶剂中，在搅拌下加入间苯二甲酰氯，反应在低温下进行，并逐步升温到反应结束。然后加入氢氧化钙，中和反应生成的氯化氧，使溶液成为DMAc- CaCI2酰胺盐溶液系统，经过浓度调整，可直接用于湿法纺丝，也可以通过碱性的离子交换树脂除去反应生成的HCI。黎苇等研究叔胺添加剂对PMIA缩聚反应的影响，发现不同结构叔胺对PMIA分子量的影响是不同的，其中以加入少量a甲基吡啶作为HCI吸收剂对提高PMIA分子量最为明显。

③乳液缩聚法将ICI溶于与水有一定相溶性的有机溶剂（如环己酮），MPD溶于含有酸吸收剂的水中，高速搅拌，使缩聚反应在搅拌时形成的乳液体系的有机相中进行。此方法利于热量传递。此外，还有专利报道有气相缩聚法制备芳香族聚酰胺。

鉴于低温溶液缩聚与界面缩聚、乳液缩聚相比，耗用溶剂少，生产效率高，在直接使用树脂溶液进行纺丝、打浆和制膜时可以省去树脂析出、水洗和再溶解等操作，在生产上更为经济，所以低温溶液聚合应用广泛。采用低温缩聚法制备聚间苯二甲酰间苯二胺，溶剂为N，N二甲基乙酰胺( DMAc)时，有下列因素对反应有影响：间苯二甲酰氯，间苯二胺纯度，摩尔比，反应温度，反应时间，溶剂中的水分含量和搅拌速度等。

(2)芳纶1313纤维的制备纤维可采用干法纺丝、湿法纺丝或干喷湿纺法制备。

①干法纺丝干法纺丝的流程为将低温溶液缩聚所得的纺丝液用氢氧化钙中和，得到约含20%聚合物及9% CaCl2的黏稠液，经过滤后加热到150～160℃进行干法纺丝，得到初生纤维因带有大量无机盐，需经多次水洗后在300℃左右进行4～5倍的拉伸，或经卷绕后的纤维先进入沸水浴进行拉伸、干燥，再于300℃下张紧1.1倍处理。干法纺丝产品有长丝和短纤维两种。

②湿法纺丝湿法纺丝的一般流程为：纺前原液温度控制在22℃左右，原液进入体积密度为1.366的含二甲基乙酰胺和CaCI2凝固浴中，浴温保持60℃，得到的初生纤维经水洗后，在热水浴中拉伸2. 73倍，接着再进行干燥，温度为130℃，然后在320℃的热板上再拉伸1.45倍而制得成品。日本帝人采用此方法。Conex的产品主要为短纤维，有以下几个品种：普通短纤维、原液染色短纤维、短切纤维和高强度长丝。据专利介绍的高强Conex的湿法纺丝流程为：浆液→凝固浴→洗涤→第→次湿拉伸→第二次湿拉伸→干燥→千拉伸→后处理。制得的纤维抗张强度可达8.48～9.27cN/dtex，伸长率25%～28%在300℃时的热收缩为 5.60%～6.O%。

③干喷湿纺法美国孟山都公司综合干纺和湿纺的优点，提出了干喷湿纺的工艺。采用这种工艺，纺丝拉伸倍数大，定向效果好，耐热性高。如湿纺纤维在400℃下热收缩率为 80%，而干喷湿纺纤维小于lO%，湿纺的零强温度为440℃，干纺为470℃，而千喷湿纺可提高到515℃。

各大公司采用的生产工艺流程为：美国杜邦公司采用低温溶液聚合，干法纺丝，得纤维Nomex,日本帝人公司采用界面聚合，再溶解，用倒章式湿法纺丝装置进行纺丝，纺出纤维称为Conex;孟山都公司综台干纺和湿纺的优点提出了干喷湿纺工艺。此外，前苏联的ΦeHHnox用热塑挤压法生产。

(3)芳纶1313酌共聚及表面改性针对聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的耐疲劳性、阻燃性、耐光性以及和基体树脂的浸润性尚不够理想等问题，国内外开展了大量的研究。

黎苇等以2，5--氯对苯二甲酰氯(DDC)作为第三单体，将其与间苯二甲酰氯(ICl)、间苯二胺(MPD)在N，N-二甲基乙酰胺(DMAc) 中进行低温溶液共缩聚反应，合成了含氯取代基的聚间苯二甲酰间苯二胺树脂( PMIAC)。他们在芳香聚合物的苯环上部分引入卤原子，可适度降低大分子链的规整性，有效地提高其阻燃性及和基体树脂的浸润性。日本的Ozawa Shuji等人发表了由芳族二胺和芳族的二元羧酸的二卤化物的缩聚反应制备芳族聚酰胺的专利。Lin等研究了通过选择不同的二胺和二元酰氯可得到不同的重复单元的方法，从而在保持良好的耐热性能的同时，改进材料的阻燃性能。Lin等采用TCP代替间苯二胺，如果10%质量比的TCP代替间苯二胺，可使其 5%的热质量损失温度从260.1℃升高到444.5℃。

主要供应商

全球来看，芳纶1313的主要供应商依次为美国杜邦、烟台泰和新材、日本帝人。美国杜邦产能约2.5万吨，商品名为Nomex，在全球处于垄断地位。烟台泰和新材年产能5600吨，为全球第二大芳纶1313供应商，其商品名为Tametar（泰美达），是美国杜邦的主要竞争对手。日本帝人也是世界上最早的芳纶1313供应商之一，其产能约2300吨，商品名为Conex。

形态及应用

（1）工业用本白短纤。主要用于高温过滤、高温传送带、转移印花毯、汽车胶管等。（2）易染芳纶短纤。主要用于石油石化、电力燃气、钢铁炼焦、电气电焊等工业领域的防护服。（3）有色纤维。主要用于防消服、军警作训服以及要求较高的产业工人防护等。（4）长丝。主要用于赛车服、宇航服、轮胎帘子布、汽车胶管等。（5）短切纤维、沉析纤维。主要用来制作芳纶纸，可用于高温电机、变压器、电子电器、手机电池、笔记本电脑电池的绝缘等。还可进一步加工成蜂窝结构材料，用于飞机、高铁、游艇等。

改性

某些功能团的引入，可改进复合材料的层间剪切强度。这一化学改性方法在芳纶1313纤维上的应用也正在展开。也可以采用等离子处理等物理方法来活化纤维表面，可以使纤维表面最大化，同时在表面形成一个活性层，以提高表面粗糙度。

以火灾防护服为例，若将性能不同的两种芳酰胺纤维混合起来，就会产生意想不到的相乘效果。例如在间位芳酰胺中，仅混入5%的对位芳酰胺所制成的衣服，即使处于火焰中，布的强度和外观也不受损，更不会发生破裂。

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