聚對苯二甲酰對苯二胺
英 文 名 Poly(P-Phenylene terephthalamide),簡稱PPTA
化學結構
(一)發展史
美國杜邦公司最早開發出聚間苯二甲酰間二胺(Nomex)纖維,1972年又成功地開發了聚對苯酰胺(Kevlar-29)和聚對苯二甲酰對苯二胺(Kevlar-49)纖維。1979年美國消費芳族聚酰胺的數量7000噸。目前,美國杜邦公司擁有三大家Kevlar纖維生產廠家,即:美國里滿德工廠年產能力2萬噸;英國梅唐工廠年產能力7000噸;東麗·杜邦公司的日本東海工廠年產能力2.5萬噸。
荷蘭阿克蘇公司和杜邦公司的專利糾紛解決后,阿克蘇公司積極開發芳族聚酰胺Twaron纖維,建有5000噸生產裝置。計劃1992年擴大到7000噸。該公司還打算和住友化學公司合作在日本建設芳族聚酰胺工廠。日本帝人公司在松山工廠生產Technora芳酰胺纖維,該公司準備與德國赫斯特公司合作在德國生產芳酰胺纖維。目前全世界聚對苯二甲酰對苯二胺纖維產量約6萬噸。
(二)要生產方法
1.樹脂生產
在裝有N-甲基吡咯烷酮的聚合釜中,加入氯化鋁(為投料量的1.2~1.8%)及吡咯(吡咯/對苯二胺=0.6~1.2摩爾),然后加入對苯二胺,溶解后分兩步加入對苯二甲酰氯粉末(對苯二胺濃度為0.20~0.45摩爾/升,酰氯過量0.30~2.5%),在氮氣保護、常壓下進行攪拌反應,反應溫度維持在-5℃~80℃,聚合物特性粘度為5.5~6.0.
2.紡絲
Kevlar纖維是采用聚對苯二甲酰對苯二胺(PPTA)漆制備而成。PPTA是對-苯二酰胺和-苯二酰氯縮合反應的產品。將PPTA溶解于熱濃硫酸中,直到液晶固體濃度打20重量%止。PPTA-硫酸溶液通過干噴絲醉噴到混凝浴中(干噴-濕紡)。然后,用氫氧化鈉水溶液中和纖維,繼之水洗,干燥,制成Kevlar纖維。
(三)理化性能
1.樹脂性能
特性粘度≥4.5
灰分 ≤500ppm
色澤 淡黃
2.纖維性能
原 絲 熱處理絲
拉伸強度 2.8Gpa 2.8GPa
伸長率 5.76% 3.5%
彈性模量 51~64Gpa ≥96GPa
相對密度 1.44 1.45
3.熱性能
聚對苯二甲酰對苯二胺具有超高強度、超高模量、耐高溫和低密度等特性。其原絲及熱處理絲的熱失重情況見表
(四)應用領域
聚對苯二甲酰對苯二胺纖維可用作船舶和氣球的系留繩、漁具和采集資源用的牽引繩、游艇帆布、滑翔回收飛船、防彈西裝背心和賽馬服等防護服。還可用于復合材料的增強纖維,如用作輪胎簾布和皮帶簾布等。此外,還可用于飛機、汽車、體育用品等。我國生產的聚對苯二甲酰對苯二胺纖維已成功地用于導彈、飛機、汽車、光纜加強件、賽艇、弓箭、羽毛球等體育器材。
(五)開發動向
高強度、高模量、低密度芳酰胺纖維,今后仍將繼續向超高強度、超高模量、低密度的方向發展。就聚合體制備而言,連續擠出聚合是發展方向,但需要解決分子量控制問題。如何做得分子量分布均勻的聚合體仍是需要努力解決的問題。此外,降低原料成本,降低纖維價格,也是當務之急。只有降低價格,提高質量,才更具有競爭能力。
我國的芳綸-Ⅱ型、美國杜邦公司的Kevlar、荷蘭阿克蘇公司的Twaron和日本帝人公司的Technora,產品性能的比較見表
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