凡聚合物大分子的主链由芳香环和酰胺键构成,且其中至少85%的酰胺基直接键合在芳香环上,每个重复单元的酰胺基中的氮原子和羰基均直接与芳香环中的碳原子相连接并置换其中的一个氢原子的聚合物称为芳香族聚酰胺纤维,我国定名为芳纶纤维。
芳纶具有超高强度、高模量、耐高温、耐酸耐碱 、质量轻等优 良性能 ,其强度是钢丝的5~6倍、模量为钢丝或玻璃纤维的2~3倍、韧性是钢丝的2倍、而质量仅为钢丝的1/5左右。包括全芳族聚酰胺纤维和杂环芳族聚酰胺纤维2大类,全芳族聚酰胺纤维主要包括对位的聚对苯二甲酰对苯二胺和聚对苯甲酰胺纤维、间位的聚间苯二甲酰间苯二胺和聚间苯 甲酰胺纤维 、共聚芳酰胺纤维以及如引入折叠基 、巨型侧基的其它芳族聚酰胺纤维;杂环芳族聚酰胺纤维是指含有氮、氧、硫等杂质原子的二胺和二酰氯缩聚而成的芳纶,如有序结构的杂环聚酰胺纤维等。
芳纶纤维诞生于20世纪60年代末,最初作为宇宙开发材料和重要的战略物资而鲜为人知。冷战结束后,芳纶作为高技术含量的纤维材料大量用于民用领域,才逐渐露为人所知。
芳纶的全称是“芳香族聚酰胺纤维”(英文名Aramidfibers),是一类新型的特种用途合成材料。构成纤维的高聚物长链分子中含有酰胺基,与锦纶一样,同属于聚酰胺类纤维。但不同的是,构成锦纶的高聚物大分子中连接酰胺基的是脂肪链,而芳香族聚酰胺纤维中连接酰胺基的是芳香环或芳香环的衍生物,所以把这类纤维统称为芳香族聚酰胺纤维,简称芳纶。
由于芳香基取代了脂肪基,分子链的柔性减小而刚性增强,反映在纤维性能方面,其耐热性和初始模量都显著增大。芳香族聚酰胺纤维是目前有机耐高温纤维中的主要类别,其中最具实用价值的品种有两个:一是分子链排列呈锯齿状的间位芳纶纤维,我国称之为芳纶1313;一是分子链排列呈直线状的对位芳纶纤维,我国称之为芳纶1414。
两者化学结构相似,但性能差异却很大,应用领域各有不同。芳纶1313具有突出的耐高温、阻燃和绝缘性,成为高性能纤维,主要应用于高温防护服、电绝缘和高温过滤等领域。芳纶1414则具有高强度高模量的特点,素有高分子材料中的“百变金刚”,主要应用于个体防护、防弹装甲、力学橡胶制品(MRG)、高强缆绳、石棉替代品。
芳纶最具实用价值的品种有 3个 :芳纶1313是开发最早、产量最大、应用最广,也是最有发展前途的有机耐高温纤维,到目前为止,全球年生产能力已达3.1万t左右;芳纶1414具有高强度、高模量的特点,素有高分子材料中的“百变金刚”之誉,是当今世界高性能纤维材料的代表;日本帝人公司和俄罗斯开发出的“共聚芳纶”具有更高的力学性能,已用于俄罗斯战略战术武器 .
但目前产量较小 ,约为3000~4000t/a。高性能芳纶由于具有良好的应用性能,目前已进入快速发展期 ,其中最主要品种为芳纶1414,化学名称为聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA),也称对位芳纶。因具有超高的强度、模量和耐高温性能,以及良好的绝缘性和抗腐蚀性 ,对位芳纶在高性能纤维中占据了核心地位,并被人们称为“王牌纤维”。
芳纶1313
芳纶1313,也称“对位芳纶”,化学名称为“聚间苯二甲酰间苯二胺”纤维,英文名称是“polyisophthaloyl metaphenylene diamine fibre”。
密度:1.33~1.36
芳纶1313纤维的玻璃化温度为270℃,热分解温度为400℃~430℃。无论是在氮气还是空气氛围中,在400℃时纤维的失重小于10%,在427℃以上开始快速分解。芳纶1313纤维有很好的耐焰性能,极限氧指数为29%。在火焰中不会发生熔滴现象,而且如果在会熔滴的化学纤维中混纺少许的芳纶1313纤维也能够防止熔滴现象。芳纶1313纤维离开火焰会自熄,在400℃的高温下,纤维发生碳化,成为一种隔热层,能阻挡外部的热量传入内部,起到有效的保护作用。芳纶1313纤维耐溶剂性能好,特别是有机溶剂,耐酸性好于尼龙,但比聚酯纤维略差,常温。的耐碱性很好,但在高温下强碱中容易分解。芳纶1313纤维的耐辐射性和耐昆虫和细菌的腐蚀性能也很好。
用途:一种聚酰胺纤维。主要用于防原子能辐射、高空高速飞行材料等方面。也可用于特殊要求的轮胎窗子线。主要用于制防辐射衣料、航天衣料,也用于制耐高温衣料、蜂窝制件、高温线管、飞机油箱、防火墙、反渗透膜或中空纤维等。
制备或来源:由间苯二甲酸间苯二胺缩聚后经溶液纺丝而成。
备注:断裂强度0.4~0.53牛/特,伸长率30~50%,回潮率6.5%。耐酸、碱、霉、老化。其摩擦性、抗腐蚀性最好,强度和弹性也好。缺点是耐光性差。
间位芳纶纸具有高强度、低变形、耐高温、耐腐蚀、阻燃、绝缘等性能,广泛应用于电机绝缘以及航空航天、交通运输等领域。长期以来,世界间位芳纶纸一直由美国杜邦公司独家垄断。
芳纶1414
芳纶1414,也称“对位芳纶”,化学名称为“聚对苯二甲酰对苯二胺”纤维,英文名称是“poly(p-Phenylene Terephthalamide)”,简称PPTA 或PPDT,芳纶II。 熔点:500℃
用途:一种有机耐高温纤维。具有很高的强度和弹性模量。主要用作高速飞机轮胎的窗子线。用作增强材料,用于高压容器、火箭发动机外壳和雷达天线罩等。
制备或来源:由聚合物经干喷湿纺法或湿法纺丝制得。
对位芳纶(也称1414)是一种具有超高强度、超高模量、耐高温、低密度等特性的高性能纤维,广泛应用于光缆增强、轮胎子午线、轻型复合装甲等领域,是全球发展最快、用途最广的高科技纤维。