特种高分子.docx

有机高分子纤维目前有机高分子纤维主要有：芳香族聚酰胺纤 维、芳香族聚酯纤维和超高相对分子质量聚乙烯纤 维一、聚芳酰胺纤维聚芳酰胺纤维以美国杜邦(Dupont)公司生产的 商品名 Kevlar 纤维最早引起人们的重视该纤维是 美国杜邦公司 1968年开始研制，1972 年开始生产， 1973年7月正式定名为Kevlar纤维芳香族聚酰胺(Aramid)是指酰胺键直接与两个 芳环连接而成的线型聚合物，用这种聚合物制成的纤 维即芳香族聚酰胺纤维聚对苯二甲酰对苯二胺纤维 (Kevlar49)是芳香族聚酰胺纤维中最有代表性的高 强、高模量和耐高温纤维，目前，Kevlar纤维的品种已达20多种，它作为 一种高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀的新型有机材 料广泛地应用在航空、航天、国防、造船业等领域， 例如：飞机内部装饰材料、雷达天线罩、工业用高压 防腐蚀容器、船体等1) 聚芳酰胺纤维的制造方法原料：Kevlar49纤维所用原料为对苯二胺与对苯 二甲酰氯缩聚而成的聚对苯二甲酰对苯二胺Kevlar29 纤维为聚对苯酰胺制造步骤：①使对苯二胺与对苯二酰氯在低愠下 进行溶液缩聚反应生成对苯二甲酰对苯二酰的聚合 体。

方法是将对苯二胺溶于溶剂中，边搅拌边加入等 摩尔比的对苯二甲酰氯，反应温度为20°C②将聚 芳酰胺聚合体溶解在浓硫酸中，在温度(51〜100C) 下从喷丝头挤成纤维，穿过一小段空气层，落人冷水， 洗涤后绕在筒管上干燥；③干燥后的纤维为 Kevlar29在氮气保护下经550C热处理得到 Kevlar49 纤维2) 结构与性能(1)结构 PPTA 分子间缠结少，刚性很强下图 为 Kevlar 纤维分子的氢键作用和分子平面排列图 再经适当热处理后可制成具有较高取向度和结晶度 的 Kevlar 纤维从纤维的立体结构来看，纤维内部 是由垂直于纤维轴的层状结构所组成的° Kevlar纤维分子平(2)性能① 力学性能： Kevlar 纤维具有高强度、高模量、 密度低、韧性好的特点因此它的比强度和比模量很 高Kevlar的比强度极高，超过玻璃纤维、碳纤维、 硼纤维、钢和铝；比模量也超过玻璃纤维、钢和铝， 与HT碳纤维接近另外，由于Kevlar韧性好，常用 于和其它纤维（如碳纤维、硼纤维等）混杂来提高复合 材料的耐冲击性② 耐化学性能 Kelvar 纤维除少数几种强酸和强 碱外，对其它介质（如普通有机溶剂、盐类溶液等）有 很好的耐化学药品性。

由于 Kevlar 纤维对紫外线比 较敏感，因此不宜直接暴露在日光下使用③ 热稳定性 Kevlar 纤维不仅是自熄性材料，而 且还具有良好的耐热性它在高温下不熔，短时间内 暴露在300°C以上，强度几乎不发生变化随着温度 的上升，纤维逐渐发生热分解或碳化反应二、芳香族聚酯纤维芳香族聚酯是采用芳香族二元酸（酐）和芳香族 二元醇反应制的聚酯，对于商品化芳香族聚酯纤维主 要如下：a. Ekon ol（商品名）是由美国金刚砂公司于1970 年研究成功的一种共聚芳酯由对乙酰氧基苯甲酸、 p,p',-二乙酰氧基联苯、对苯二甲酸及间苯二甲酸缩聚 而成，反应中经过脱乙酸形成如下：OOOOOHO—CH 4- HO —C- CHaCOOl- OH ■+b. X—TG（商品名）由美国伊斯特曼公司用对 乙酰氧基苯甲酸与聚对苯二甲酸乙二酯反应所得的 共聚芳酯，如下：c. P（HBA／HNA） 是由美国塞拉尼斯公司研制 成功的一种共聚芳醋它是由对乙酰氧基萘甲酸和 6 —乙酰氧基— 2 —萘甲酸反应而成，如下：o0o+ CH3—c—o惰性吒牡PTH、刖^激熔体抽除乙戯25O-28OC上〜一山 lOmin-lh.创宀母.△為曲吐挤出 沪混浊熔体睨°〜昭0£真空■乳白色聚合物熔体一芳香族聚酯纤维的结构与性能：聚芳酯液晶中大 分子呈向列型有序状态，即分子间相互平行排列并沿 分子链长轴方向显示有序性，纤维内部是由近似棒状 的晶粒所组成的层状结构组成。

由于聚芳酯纤维开发 时间较短，目前有关其结构的 PPTA 研究甚少三、超高分子量聚乙烯纤维聚乙烯纤维是目前国际上最新的超轻、高比强 度、高比模量、成本低的高性能有机纤维1975年 荷兰DSM(DutchStateMines)公司采用冻胶纺丝一超 拉伸技术，试制出具有优异抗张性能的超高相对分子 质量聚乙烯打破了只能由刚性高分子制取高强、高 模纤维的传统局面1985年美国联合信号公司购买了 DSM公司的专 利权，并对制造技术加以改进，生产出商品名为 “Spectra”的高强度聚乙烯纤维，纤维强度和模量都 超过了杜邦公司的 Kevlar 纤维目前我国也在探索 试制 UHMW—PE 并取得一定进展1）制法用于制造高强聚乙烯纤维较为成熟的方法有：纤 维状结晶生长法，单晶片—超拉伸法，冻胶挤压—超 拉伸法；冻胶纺丝—超拉伸法其中冻胶纺丝—超拉 伸法具有工业应用价值该法以十氢萘、石蜡油、煤 油等碳氢化合物为溶剂，将超高相对分子质量聚乙烯 调制成半稀溶液，经计量由喷丝孔挤出后骤冷成为冻 胶原丝，再经萃取、于燥后进行约 30 倍以上的热拉 伸（或者不经萃取而直接进行超拉伸），制成高强度聚 乙烯纤维目前制造高强度纤维所使用的聚乙烯，其相对分 子质量一般都在1 x 106以上，即所谓超高相对分子质 量聚乙烯。

纤维强度随相对分子质量的增加而增大， 这是由于增加相对分子质量可有效地减少纤维结构 的缺陷，如减少分子末端数量，使大分子处于伸直的 单相结晶状态然而相对分子质量越大，加工过程中 大分子的缠结程度亦随之明显增大，宏观上表现为熔 体粘度升高，难以采用常规的熔融纺丝技术纺丝成 形为此人们研究采用将超高相对分子质量聚乙烯调 制成半稀溶液的过程进行喷丝2）结构与性能采用冻胶纺丝的目的在于使大分子处于低缠结 状态，纺丝后经超拉伸可使折叠状的柔性大分子伸 直，沿纤维轴高度取向和结晶超高相对分子质量聚乙烯纤维的密度为 0.97g／ cm3,纤维的拉伸强度为3.5GPa,弹性模量116GPa, 其比强度、比模量是有机纤维中最高的，伸长率为 3.4%聚乙烯相对分子质量(M)与纤维强度⑹之间的 关系可用经验关系式表示：8^ Mk (k=0.2〜0.5)显然，随相对分子质量的增加，纤维的强度也增 大同时，加工过程中大分子的缠结程度亦随之增大， 熔体粘度高，给加工造成一定困难超高相对分子质量聚乙烯纤维摩擦因数小，耐磨 性优于其它产业用纤维，容易进行各种纺织加工此 外，它还具有优良的耐化学药品性以及不吸水、电磁 波透过性好等特点。