聚对苯二甲酰对苯二胺 百科内容来自于: 百度百科

聚对苯二甲酰对苯二胺(poly- p- phenylene terephthamide),对苯二胺与对苯二甲酰氯缩合聚合而成的全对位聚芳酰胺。结构为国外商品名Kevlar。中国称芳纶。

简介

PPA的纤维又名芳纶1414,因为其分子结构酰胺基团在苯环对位(1,4)位;而聚邻苯二甲酰邻苯二胺的纤维叫做芳纶1313.
由于分子链的刚性,有溶致液晶性,在溶液中在剪切力作用下极易形成各向异性态织构。具有高耐热性,玻璃化温度在 300 ℃以上,热分解温度高达560℃,180℃空气中放置48小时后强度保持率为 84%。高抗拉强度和起始弹性模量,纤维强度0.215 牛顿/旦,模量4.9~9.8牛顿/旦,比强度是钢的 5倍 ,用于复合材料时压缩和抗弯强度仅低于无机纤维。热收缩和蠕变性能稳定,此外还有高绝缘性和耐化学腐蚀性。通常用低温溶液缩聚方法聚合,溶剂为六甲基磷酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮和四甲基脲等,聚合物生成后即发生相分离,分子量与聚合条件、杂质及溶剂有关。聚合物溶于浓硫酸后可采用干喷湿纺工艺成纤。近年还出现了在螺杆挤压机中连续缩聚及气相缩聚等新聚合方法。

制造

合成原料

4,4’-二氨基二苯醚(ODA)为第三单体、对苯二甲酰氯(TPC)、对苯二胺(PPD)
聚对苯二甲酰对苯二胺

聚对苯二甲酰对苯二胺

合成方式

三元共缩聚改性

聚合原理

4,4’-二氨基二苯醚(ODA)为第三单体与对苯二甲酰氯(TPC)、对苯二胺(PPD)进行了三元共缩聚改性,研究PPTA的低温溶液共缩聚合成规律,制备出一系列高相对分子质量的溶于N-甲基吡咯烷酮/氯化钙(NMP/CaCl_2)的芳香族聚酰胺。通过分析其热性能、结晶性能、溶解性能、共聚物纺丝溶液的凝固性能、流变性能,稳定性能,最终得到热稳定性较好,适于原液纺丝的共聚物溶液。
对PPTA低温溶液共缩聚反应规律、加料方式进行了研究,确定了ODA含量25mol%混合投料的共聚PPTA的最佳工艺条件:氯化钙/二胺摩尔比约为0.375,单体浓度为0.35~0.45mol/L,爬杆后温度为80~85℃,总反应时间为30~40min,合成出来的聚合物比浓对数粘度最高。另外还制备了两个系列的共聚物,系列一为混合投料时只改变三单含量而得到的共聚物系列,系列二是ODA含量为25mol%,投料方式为分步投料,只改变其初始投料比而得到的共聚物系列,两个系列都具有较高的比浓对数粘度(2.05~3.37 dL/g)。通过FTIR表征,可发现样品中苯撑的含量随参与反应的ODA含量的增加而上升,说明ODA参与了共聚反应。
热失重和热分解动力学研究表明,共聚改性后的PPTA开始分解温度、分解活化能和分解指数低于未改性的PPTA,但热稳定性依然良好5% N_2气氛热失重温度361~401℃。溶解性能的测试表明所合成的绝大多数PPTA共聚物溶于NMP/CaCl_2体系,然而研究发现,在不同ODA含量的共聚物系列(混合投料),当ODA含量小于15mol%,合成出来的聚合物不溶于NMP/CaCl_2体系。在不同初始投料比系列里()初始投料比(ODA/TPCl(mol/mol)小于1.9时,合成出来的聚合物不溶于NMP/CaCl_2体系。这与PPTA的广角X衍射结果相一致,ODA含量小于15mol%(混合投料)时均聚PPTA和共聚PPTA的结晶度非常接近在40%左右;当ODA含量大于或等于15mol%(混合投料)时,结晶度从均聚的40%突降到20%左右,说明15mol%ODA的引入破坏了高分子链的规整性,使其晶体难以形成,而无定型区。

聚合的概念

低温溶液缩聚时常用的极性溶剂六甲基磷酰胺HMPA、二甲基乙酰胺DMA、N-甲基吡咯烷酮和四甲基脲等。反应如下:反应极快,一经混合,立即开始聚合并产生相分离。聚合产物分子量的大小,与缩聚反应条件有关,单体杂质和溶剂的性质影响很大。聚合物经洗去溶剂和干燥后,溶于浓硫酸中配成纺丝浆液。纺丝时聚合物分子在剪切力的作用下易于高度取向。采用干喷湿纺工艺,纺得纤维须进行牵伸或热处理。
近年来,除间歇式低温溶液缩聚法外,还研究出在螺杆挤压机中的连续缩聚和气相缩聚等新工艺。

国产化进程

自20世纪70年代美国杜邦研发成功对位芳纶产业化之后,芳纶始终被作为一种战略性材料进行使用,其主要生产技术始终掌握在美日苏等国际巨头手中,其军用领域纤维更是作为战略物资,对中国实行禁运禁售。为克服一系列技术难关,中国一批科研人员及企业开始了长期的探索,如泰和新材(原烟台氨纶)、仪征化纤、河北硅谷、神马股份、中蓝晨光等,2011年5月,泰和新材(原烟台氨纶,股票代码:002254)率先发布公告宣布实现对位芳纶的产业化生产,实现了从实验室到商业化生产的飞跃。目前其泰普龙®对位芳纶已进入国内对位芳纶市场,受到了光纤光缆、汽车胶管、民用防护等多个领域客户的好评。

应用

防弹产品

当前,暴力威胁事件呈现出日益增多的趋势,使得对防弹产品的需要日益增加。对位芳纶,能够制成防弹衣等其他产品为您带去周全保护。我们的创新成熟解决方案专门用于保护那些保护我们的人们:警察、士兵、保安——以及他们所驾驶的车辆。对位芳纶制成的防弹产品舒适、轻便、高效,具有卓越的韧性、耐冲击性和能量吸收特性,以及优异的性价比。更重要的是,我们还有坚实的技术支持作为后盾,涵盖内部实验室测试到创造工程技术的各个方面,尤其在防弹产品方面。
对位芳纶纤维是重要的国防军工材料。为了适应现代战争的需要,美、英等发达国家的防弹衣大多为芳纶材质。据统计,美国防护纤维中对位芳纶占比超过50%,日本亦达到10%。芳纶防弹衣、头盔的轻量化,有效地提高了军队的快速反应能力和杀伤力。高的玻璃化转变温度和优异的热稳定性使芳纶纤维在弹道冲击所产生的高温度下可以保证抗冲击结构的稳定性;高结晶、高取向性产生了高模量,保证了对轴向变形的快速反应;高弹性和中等延伸率使对位芳纶纤维具有高韧性,从而在纵向断裂时能有效地工作。
  防弹衣主要分为硬质,软质和软硬结合式三种类型。软式防弹衣在穿着舒适性,机动灵活性上远远优于传统硬质防弹衣,目前国外防弹衣材质有对位芳纶,超高分子量聚乙烯和聚二恶唑(PBO)。PBO 虽然性能出众,但由于在长时间低于100 度以及光照之后强度降低,在美国曾发生过安全事故,因此现在主要以对位芳纶和超高分子量聚乙烯作为材质。现在,在全球范围内,只有荷兰帝斯曼,美国霍尼韦尔和日本东洋纺三家有能力实现超高分子量聚乙烯的工业化生产,据预计今年的总产能在12000 吨左右,其中用于防弹用途的3000-4000 吨,与对位芳纶作为防弹材质15000 吨以上的用量有明显差距。受以下两个因素的制约,在一段时间内对对位芳纶被替代的可能性有限。1 虽然超高分子量聚乙烯有更优秀的强度性能,质量也更轻,但它的耐高温性能远低于对位芳纶,2 全球范围超高分子量聚乙烯产能有限。

  由于涉及到国防领域,美国杜邦和日本帝人都建立了严格的出口管制制度,几乎不对我国出口能制造防弹衣的高端对位芳纶。目前我国的防弹衣更多的是以金属,陶瓷为主的硬质防弹衣,而软质防弹衣也是以尼龙等普通纤维为材质。由于尼龙的抗张强度有限,要达到较好的防弹效果,成衣重量必须达到4.5 千克,士兵作战能力因此降低30%。
  随着芳纶国产化,进口管制这一瓶颈将不攻自破,警察和军队将有能力装备高性能防弹衣,对位芳纶的需求将极大地被激发出来。现在美国防弹衣用对位芳纶14000 吨,而我国还不足500 吨。如果要达到美国同等水平,即每百万军队年需求5300 吨,按我国现役军人300 万计算,预计每年需消耗对位芳纶16000 吨。随着下游市场的培育和开发,我们相信未来对位芳纶的需求将出现爆发式的增长。而考虑到超高分子量聚乙烯以及其它更高端特种纤维在我国的产业化远未普及,对位芳纶作为防弹材质在我国很长一段时间内将不会被替代。

土木工程产品

混凝土结构的损蚀问题已经引起全世界的日益关注。一些修复技术现已开发,并将对位芳纶纤维纤维用于解决方案中。其中一项广泛采用的技术就是柱包敷加固,即将芳纶纤维包裹在钢筋混凝土柱上。然后进行树脂浸柱和固化。柱包敷加固用于维修老旧和损蚀结构,然后对结构作另外加固(例如,要满足地震防护的要求)。

复合材料

当前,轻巧耐用的复合材料正逐渐取代传统材料,对此,对位芳纶纤维发挥了重要作用。增强复合材料对轻量化和损伤容限有着极高的要求,对位芳纶纤维对此起到了不容小觑的作用。对位芳纶一直致力于为需要复合材料的领域提供高科技解决方案,包括海洋和航空航天工程、土木工程、地面运输、工程塑料和体育用品。

输送带

矿业公司发现,降低其散装运输业务的能源消耗问题正变得日益重要:在过去几年里,能源成本已大幅增长,并预计在未来会进一步增加。该行业的另一项重要发展是寻找可持续性的解决方案。通过节省能源可降低对稀缺化石燃料的消耗,同时减少二氧化碳的排放。
由此产生的趋势是,更换大型运输卡车的输送带,以大幅降低能源消耗。同时,还需要在输送带的性能优化问题上下功夫,如降低其滚动阻力。

防割产品

在工业领域,很多工作都需要特殊照顾和特别关注。在常规性工业流程中,工人经常会接触锋利边缘或灼热的物体,包括玻璃或金属部件。对于这样的工业活动,保护手套显然是非常必要,同时操作员又需要具备相当程度的灵巧性。
含对位芳纶纤维的安全手套具有卓越品质以及优异的性能和可靠性,完美融合最佳保护、舒适性和易用性,在全球范围内得到广泛认可。
对位芳纶 纤维的其它用途:
  · 腿部保护(例如,为林业工人提供保护)
  · 防损面料(例如,用于公交车和火车座椅)

弹性体增强

面对一个不断变化的世界,汽车、石油和天然气行业,以及工业和农业领域都需要值得信赖的核心产品供应。 弹性体增强应用涵盖品种繁多的各类产品,包括工业软管、汽车软管、传动带、输送带、橡胶复合加固产品、管线和脐带管、以及其它橡胶制品。

摩擦密封材料

加入芳纶浆粕和短切纤维可改善刹车片、刹车片衬里、以及离合器摩擦片的性能,从而延长产品使用寿命并提高驾驶的舒适性。尤其是在舒适性方面,芳纶浆粕对减少噪音、振动和不平顺性(NVH)作出了巨大贡献。
正是基于这些独特性能,使芳纶浆粕成为世界各地的摩擦产品制造商的首选材料。 由于刹车片的摩擦力减少,使得对所用材料的性能要求进一步加强——芳纶纤维产品的优异性能在此再次发挥作用。
使用对位芳纶纤维产品的主要优势:
  • 降低噪音、不稳定性和振动感
  • 降低磨损率
  • 平滑和抛光效果
  • 减少腐蚀
  • 提高强度
  • 提高边缘稳定性
  • 防止刹车片出现裂纹

合成对位芳纶纤维

对位芳纶纤维具有较好的耐热性和尺寸稳定性;在180℃干热空气中放置 48小时后,其强度保持率为84%;热收缩率和蠕变性能稳定;分解温度约560℃,玻璃化温度在300℃以上;具有耐化学腐蚀性、高绝缘性、极高的抗拉强度和起始弹性模量,比强度是钢的5倍。芳纶纤维用于复合材料时,其压缩和抗弯强度低于一般无机纤维。目前市场上主要的对位芳纶供应商为帝人芳纶TWARON(中文:特瓦纶)和杜邦KEVLAR(中文:凯芙拉或凯夫拉)。
帝人芳纶Twaron纤维 主要有以下品种
1. Twaron 长丝:主要用于防弹,轮胎帘子线,光缆,复合材料应用
2. Twaron 短纤:主要用在热防护,阻燃,以及防割手套等其他领域
3. Twaron 浆粕:应用于摩擦材料,密封材料例如刹车片,密封垫片,绝缘领域,例如绝缘纸,蜂窝纸。
4. Twaron聚合物(粉末):应用复合材料预浸料应用。
杜邦Kevlar纤维主要有五个品种:
1.Kevlar-29纤维:可用于防弹应用、绳索和电缆、防护类如防切割手套,和头盔、机车装甲、底盘等生命防护领域,以及在轮胎和汽车软管中作为橡胶增强材料使用;
2.Kevlar-49纤维:具有高模量,主要应用于光纤电缆、纺织加工、塑料增强、绳索、电缆和航海运动用品以及航空用复合材料等领域;
3.Kevlar-100纤维:前着色的Kevlar® 纱线,应用于绳索和电缆、胶带、手套和其它防护服以及运动用品等领域。
4.Kevlar-119纤维:前着色的Kevlar® 纱线,应用于绳索和电缆、胶带、手套和其它防护服以及运动用品等领域。
5.Kevlar-129纤维:具有较高延伸率、韧性好、耐疲劳的纱线,主要应用于机械橡胶用品,例如轮胎、汽车用胶带和软管。
而且杜邦Kevlar纤维不同品种有不同的代理商,比如和人自控科技(上海)有限公司代理的是其中的Kevlar-29纤维,Kevlar-49纤维,Kevlar-129纤维。
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- 来自原声例句
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