芳族聚酰胺(Polyamide Aromatic,簡(jiǎn)稱PARA)的纖維及其復(fù)合材料具有高拉伸強(qiáng)度高模量較低的伸長(zhǎng)率、耐燃燒、耐高溫、耐有機(jī)溶劑和燃料、潤(rùn)滑劑等特性,因此在工程方面有廣泛用途,目前已開發(fā)在工業(yè)上應(yīng)用的有PPTA、MPIA、PBA等。
一、聚對(duì)苯酰胺
學(xué) 名 聚對(duì)苯甲酰胺
英 文 名 Poly(p-benzamide),簡(jiǎn)稱PBA
化學(xué)結(jié)構(gòu)
(一)發(fā)展史
美國(guó)杜邦公司于1916年首先介紹芳族聚酰胺-聚間苯二甲酰間苯二胺(Nomex)纖維,1970年介紹了聚對(duì)苯酰胺(Fibre B或PRD-49),1972年又介紹了較韌性的聚1,4-苯撐對(duì)苯二酰胺(Kevlar 49)纖維,分析表明Kevlar纖維為代表。
1977年我國(guó)開始研制聚對(duì)苯酰胺,1990年上海市合成樹脂研究所完成年產(chǎn)3噸中試鑒定。
(二)主要生產(chǎn)方法
1.樹脂生產(chǎn)
以對(duì)氨基苯甲酸為單位、N-甲基吡咯烷酮為溶劑,在催化劑、助催化劑存在和80~90℃的條件下,反應(yīng)3小時(shí)。然后,將物料沉析到酒精中,用水洗滌樹脂,干燥,即可得到紡絲用樹脂。樹脂的特性粘度控制在1.8~2.2范圍內(nèi)。
2.液晶漿液的制備
將芳綸-I樹脂溶解在含有4~6%助溶劑的有機(jī)溶劑(二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮)中,聚合物濃度控制在9~10%左右,即可得到光學(xué)上各向異性的液晶漿液。
3.濕法紡絲
將上述液晶漿液過(guò)濾,置于貯料筒中脫泡24小時(shí),紡絲液經(jīng)紡絲計(jì)量泵計(jì)量后,再經(jīng)過(guò)濾器送至噴絲頭,通過(guò)Φ0.05~0.08×500~1000孔紡絲帽,以每分鐘10~20米的速度從噴絲孔噴入到凝固浴中。凝固浴為20~40%的有機(jī)溶劑水溶液,溫度為40~50℃。從凝固出來(lái)的纖維經(jīng)水充分洗凈,干燥后,即得芳綸-I原絲。原絲在惰性氣體中(3~5升/分,500~550℃)熱處理3~5秒,即得到芳綸-I纖維。
(三)理化性能
1.物理性能
纖維色澤:淡黃色
相對(duì)密度:1.4655g/cm3
復(fù)絲旦度:1000~1500旦
細(xì)度:1.0~1.5旦
復(fù)絲強(qiáng)度:2337~2585Mpa
伸長(zhǎng)率:1.5~2.5%
彈性模量:>147Gpa
芳綸-I性能接近Kevlar-149的性能,兩者比較如表
2.熱性能
芳綸-I與Kevlar-49浸漬環(huán)氧樹脂后耐熱穩(wěn)定性相近,未涂環(huán)氧樹脂則芳綸-I的熱穩(wěn)定性優(yōu)于Kevlar-49。
芳綸-I在280℃空氣中恒溫老化100小時(shí),性能基本沒有變化。
芳綸-I在320℃的恒溫?zé)崂匣阅芤姳?br />
(四)應(yīng)用領(lǐng)域
聚對(duì)苯酰胺纖維是一種高強(qiáng)度、高模量、低密度的芳核酰胺纖維。其纖維密度(1.42~1.46g/cm3為玻璃纖維的60%,為碳纖維的80%,拉伸強(qiáng)度3.4~4.1Gpa,拉伸模量82.7~137.9Gpa,壓縮強(qiáng)度僅為拉伸強(qiáng)度的20%,顯示出延展性,可以壓縮和彎曲,能夠吸收能量。它廣泛用于熱塑性塑料和熱固性塑料的增強(qiáng),是尖端復(fù)合材料的高效增強(qiáng)劑。典型應(yīng)用包括:
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