凡聚合物大分子的主鏈由芳香環(huán)和酰胺鍵構(gòu)成,且其中至少85%的酰胺基直接鍵合在芳香環(huán)上,每個(gè)重復(fù)單元的酰胺基中的氮原子和羰基均直接與芳香環(huán)中的碳原子相連接并置換其中的一個(gè)氫原子的聚合物稱為芳香族聚酰胺纖維,我國(guó)定名為芳綸纖維。
芳綸具有超高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、耐酸耐堿 、質(zhì)量輕等優(yōu) 良性能 ,其強(qiáng)度是鋼絲的5~6倍、模量為鋼絲或玻璃纖維的2~3倍、韌性是鋼絲的2倍、而質(zhì)量?jī)H為鋼絲的1/5左右。包括全芳族聚酰胺纖維和雜環(huán)芳族聚酰胺纖維2大類,全芳族聚酰胺纖維主要包括對(duì)位的聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺和聚對(duì)苯甲酰胺纖維、間位的聚間苯二甲酰間苯二胺和聚間苯 甲酰胺纖維 、共聚芳酰胺纖維以及如引入折疊基 、巨型側(cè)基的其它芳族聚酰胺纖維;雜環(huán)芳族聚酰胺纖維是指含有氮、氧、硫等雜質(zhì)原子的二胺和二酰氯縮聚而成的芳綸,如有序結(jié)構(gòu)的雜環(huán)聚酰胺纖維等。
芳綸纖維誕生于20世紀(jì)60年代末,最初作為宇宙開(kāi)發(fā)材料和重要的戰(zhàn)略物資而鮮為人知。冷戰(zhàn)結(jié)束后,芳綸作為高技術(shù)含量的纖維材料大量用于民用領(lǐng)域,才逐漸露為人所知。
芳綸的全稱是“芳香族聚酰胺纖維”(英文名Aramidfibers),是一類新型的特種用途合成材料。構(gòu)成纖維的高聚物長(zhǎng)鏈分子中含有酰胺基,與錦綸一樣,同屬于聚酰胺類纖維。但不同的是,構(gòu)成錦綸的高聚物大分子中連接酰胺基的是脂肪鏈,而芳香族聚酰胺纖維中連接酰胺基的是芳香環(huán)或芳香環(huán)的衍生物,所以把這類纖維統(tǒng)稱為芳香族聚酰胺纖維,簡(jiǎn)稱芳綸。
由于芳香基取代了脂肪基,分子鏈的柔性減小而剛性增強(qiáng),反映在纖維性能方面,其耐熱性和初始模量都顯著增大。芳香族聚酰胺纖維是目前有機(jī)耐高溫纖維中的主要類別,其中最具實(shí)用價(jià)值的品種有兩個(gè):一是分子鏈排列呈鋸齒狀的間位芳綸纖維,我國(guó)稱之為芳綸1313;一是分子鏈排列呈直線狀的對(duì)位芳綸纖維,我國(guó)稱之為芳綸1414。
兩者化學(xué)結(jié)構(gòu)相似,但性能差異卻很大,應(yīng)用領(lǐng)域各有不同。芳綸1313具有突出的耐高溫、阻燃和絕緣性,成為高性能纖維,主要應(yīng)用于高溫防護(hù)服、電絕緣和高溫過(guò)濾等領(lǐng)域。芳綸1414則具有高強(qiáng)度高模量的特點(diǎn),素有高分子材料中的“百變金剛”,主要應(yīng)用于個(gè)體防護(hù)、防彈裝甲、力學(xué)橡膠制品(MRG)、高強(qiáng)纜繩、石棉替代品。
芳綸最具實(shí)用價(jià)值的品種有 3個(gè) :芳綸1313是開(kāi)發(fā)最早、產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣,也是最有發(fā)展前途的有機(jī)耐高溫纖維,到目前為止,全球年生產(chǎn)能力已達(dá)3.1萬(wàn)t左右;芳綸1414具有高強(qiáng)度、高模量的特點(diǎn),素有高分子材料中的“百變金剛”之譽(yù),是當(dāng)今世界高性能纖維材料的代表;日本帝人公司和俄羅斯開(kāi)發(fā)出的“共聚芳綸”具有更高的力學(xué)性能,已用于俄羅斯戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)武器 .
但目前產(chǎn)量較小 ,約為3000~4000t/a。高性能芳綸由于具有良好的應(yīng)用性能,目前已進(jìn)入快速發(fā)展期 ,其中最主要品種為芳綸1414,化學(xué)名稱為聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺(PPTA),也稱對(duì)位芳綸。因具有超高的強(qiáng)度、模量和耐高溫性能,以及良好的絕緣性和抗腐蝕性 ,對(duì)位芳綸在高性能纖維中占據(jù)了核心地位,并被人們稱為“王牌纖維”。
芳綸1313
芳綸1313,也稱“對(duì)位芳綸”,化學(xué)名稱為“聚間苯二甲酰間苯二胺”纖維,英文名稱是“polyisophthaloyl metaphenylene diamine fibre”。
密度:1.33~1.36
芳綸1313纖維的玻璃化溫度為270℃,熱分解溫度為400℃~430℃。無(wú)論是在氮?dú)膺€是空氣氛圍中,在400℃時(shí)纖維的失重小于10%,在427℃以上開(kāi)始快速分解。芳綸1313纖維有很好的耐焰性能,極限氧指數(shù)為29%。在火焰中不會(huì)發(fā)生熔滴現(xiàn)象,而且如果在會(huì)熔滴的化學(xué)纖維中混紡少許的芳綸1313纖維也能夠防止熔滴現(xiàn)象。芳綸1313纖維離開(kāi)火焰會(huì)自熄,在400℃的高溫下,纖維發(fā)生碳化,成為一種隔熱層,能阻擋外部的熱量傳入內(nèi)部,起到有效的保護(hù)作用。芳綸1313纖維耐溶劑性能好,特別是有機(jī)溶劑,耐酸性好于尼龍,但比聚酯纖維略差,常溫。的耐堿性很好,但在高溫下強(qiáng)堿中容易分解。芳綸1313纖維的耐輻射性和耐昆蟲和細(xì)菌的腐蝕性能也很好。
用途:一種聚酰胺纖維。主要用于防原子能輻射、高空高速飛行材料等方面。也可用于特殊要求的輪胎窗子線。主要用于制防輻射衣料、航天衣料,也用于制耐高溫衣料、蜂窩制件、高溫線管、飛機(jī)油箱、防火墻、反滲透膜或中空纖維等。
制備或來(lái)源:由間苯二甲酸間苯二胺縮聚后經(jīng)溶液紡絲而成。
備注:斷裂強(qiáng)度0.4~0.53牛/特,伸長(zhǎng)率30~50%,回潮率6.5%。耐酸、堿、霉、老化。其摩擦性、抗腐蝕性最好,強(qiáng)度和彈性也好。缺點(diǎn)是耐光性差。
間位芳綸紙具有高強(qiáng)度、低變形、耐高溫、耐腐蝕、阻燃、絕緣等性能,廣泛應(yīng)用于電機(jī)絕緣以及航空航天、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。長(zhǎng)期以來(lái),世界間位芳綸紙一直由美國(guó)杜邦公司獨(dú)家壟斷。
芳綸1414
芳綸1414,也稱“對(duì)位芳綸”,化學(xué)名稱為“聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺”纖維,英文名稱是“poly(p-Phenylene Terephthalamide)”,簡(jiǎn)稱PPTA 或PPDT,芳綸II。 熔點(diǎn):500℃
用途:一種有機(jī)耐高溫纖維。具有很高的強(qiáng)度和彈性模量。主要用作高速飛機(jī)輪胎的窗子線。用作增強(qiáng)材料,用于高壓容器、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)外殼和雷達(dá)天線罩等。
制備或來(lái)源:由聚合物經(jīng)干噴濕紡法或濕法紡絲制得。
對(duì)位芳綸(也稱1414)是一種具有超高強(qiáng)度、超高模量、耐高溫、低密度等特性的高性能纖維,廣泛應(yīng)用于光纜增強(qiáng)、輪胎子午線、輕型復(fù)合裝甲等領(lǐng)域,是全球發(fā)展最快、用途最廣的高科技纖維。