第
期
王祖明
袁寶慶：芳香族聚酰胺纖維生產技術與應用
5 , - 41 -
聚
反
應
，
並
使
生
成
的
聚
合
物
沉
淀
析
出
。
然
後
經
過
濾、洗滌和乾燥處理，即可製得相對高分子質量的
聚合物。
PPTA
⑵
溶液縮聚法
溶液縮聚法是以對苯二胺和對苯二甲酰氯為原
料，在低溫條件下溶液聚合而成。由於該法對生產
工藝條件要求十分嚴格，因而目前只有少數國家擁
有和能夠採用該技術進行
的工業化生產。
PPTA
芳綸
１．１．２
１４１４
的製備
由於芳綸
聚合物酰胺鍵與芳香環形成共
1414
軛結構，內旋位能相當高，是典型的剛性鏈大分子
結構，因此，芳綸
的紡絲成形主要採用濃硫酸
1414
為溶劑的干噴
－
濕紡液晶紡絲技術。
在幹噴
－
濕紡液晶紡絲過程中，首先將
PPTA
聚合物溶解於濃硫酸中，以形成液晶紡絲液，然後
再進行幹噴
－
濕紡液晶紡絲成纖，最後再將纖維上
的剩餘溶劑洗去，並進行乾燥、熱拉伸處理，最後
製成
纖維。芳綸
的其他生產技術還有
PPTA 1414
採用將二甲基乙酰胺或
甲基吡咯烷酮溶液等作
N -
為紡絲液，同時，加入水溶性增溶劑，所使用的聚
合物在溶液中的質量分數大約佔
～
，溶液
0.15
0.25
粘度一般控制在
×
4.0
10
3
～
×
1.1
10
4
・
之間，相
Pa
s
對粘度
r
el
＝
～
（
℃、
質量分數的濃
1.4
1.6
20 0.005
硫酸溶劑測試），然後經拉伸捲繞，製備出具有較
好加工性能的
纖維。
PPTA
芳綸
的生產工藝通常可根據紡絲流程的不
1414
同分為一步法和兩步法。一步法即所謂的直接紡絲
法，主要通過溶液縮聚直接進行紡絲。該法則是目
前生產廠家最常用的生產方法之一，其最主要的優
點是生產工藝流程短，成本相對較低；兩步法則是
先通過製備
聚合物，然後採用濃硫酸，將其
PPTA
聚合物固體溶解成液晶態紡絲原液，最後再經乾噴
－
濕紡液晶紡絲技術製備芳綸
。
1414
芳綸
１．２
１３１３
聚合物及其纖維的製備
芳綸
１．２．１
１３１３
聚合物的製備
⑴
界面縮聚法
將
間
苯
二
胺
溶
於
含
有
少
量
醇
接
收
劑
（
乙
胺
或
碳酸鈉）的水中，成為水相；另將間苯二甲酰氯溶
於四氫咈喃中，成為有機相；然後在室溫下將兩相
劇烈攪拌，通常縮聚反應是在接觸界面上發生，只
要幾
，反應即可完成；接著加水沉析，將反應
min
產物過濾，洗滌，乾燥，即得所需聚合物。
⑵
溶液縮聚法
在
攪
拌
下
將
間
苯
二
胺
溶
於
或
二
甲
基
乙
DMF
酰胺（
）中，經冷卻（溫度在
℃
左右），
DMA
0
然
後
加
人
間
苯
二
甲
酰
氯
，
進
行
反
應
，
待
反
應
終
了，加水沉析，其他步驟同上。
芳綸
１．２．２
１３１３
的製備
⑴
幹紡法
將聚合物溶解於
或
中，再加入某
DMF DMA
種氯化物（如
）
作
助
溶
劑
，
制
得
紡
絲
原
液
。
LiCl
經
噴
絲
板
紡
絲
後
，
因
初
生
纖
維
表
面
帶
有
大
量
無
機
鹽，需經多次水洗，再在
℃
左
右
溫
度
下
，
進
300
行
～
倍牽伸，最後製得芳綸
或短纖維。
4
5 1313
⑵
濕紡法
採用
為溶劑，將聚合物溶解，以製得紡
DMA
絲
原
液
，
經
噴
絲
板
紡
絲
後
，
原
絲
進
入
含
和
DMA
CaCl
的凝固液中，得到初生纖維，然後在熱水中
拉伸
倍，並經熱輥乾燥
在熱扳上再拉伸
2.73
,
1.45
倍，即可製得以芳綸
短纖維為主的成品。
1313
芳香族聚酰胺纖維的結構性能
２
芳
香
族
聚
酰
胺
分
子
鏈
的
剛
性
增
大
，
因
而
制
得
的
纖
維
玻
璃
化
溫
度
、
耐
熱
性
和
模
量
較
高
。
由
於
芳
香
族
聚
酰
胺
分
子
鏈
結
構
不
同
，
因
而
可
劃
分
為
不
同
種
類
的
芳
香
族
聚
酰
胺
纖
維
產
品
，
一
般
這
些
產
品
的
性
能
、
加
工
方
法
和
用
途
也
有
著
很
大
的
差
異
。
芳
香
族聚酰胺纖維結構性能見表
。
1
芳綸
是一種呈對位排列的剛性高分子材
1414
料，其主鏈結構上的大分子通常呈高度的規則性排
列。在其剛性的直線型分子鏈中，由於存在著較強
的共價鍵和較弱的氫鏈，並且在酰胺基中，氧原子
和氮原子的電子會產生共軛效應，因此芳綸
1414
通常具有優異的抗拉強度、防火焰、耐高溫、耐化
學腐蝕、抗疲勞等性能，其強度、模量、分解溫度
等均明顯高於芳綸
，其力學性能見表
。
1313
2
芳香族聚酰胺纖維的應用
３
芳
香
族
聚
酰
胺
纖
維
具
有
優
異
的
化
學
穩
定
性
、
熱
穩
定
性
及
高
強
、
高
模
等
特
性
，
因
此
作
為
性
能
超
群
的
特
種
纖
維
，
現
已
在
工
業
、
國
防
軍
事
、
航
天
航
空
、
電
子
信
息
（
）
、
交
通
運
輸
、
工
程
建
築
等
眾
IT
多
領
域
得
到
了
廣
泛
的
應
用
。
芳
香
族
聚
酰
胺
纖
維
的
主要應用領域見表
。
3
η
2
- 42 -
高科技纖維與應用
第
卷
29
發展現狀及前景
４
國內外發展現狀
４．１
芳
香
族
聚
酰
胺
纖
維
最
早
開
發
於
世
紀
年
20 60
代初。
年美國杜邦公司率先研製出商品名為
1962
“
”
的
芳
綸
，
並
於
年
開
始
工
業
Nomex
1313
1967
化
生
產
；
年
該
公
司
又
率
先
開
發
出
商
品
名
為
1966
“
”
的
芳
綸
，
並
於
年
開
始
工
業
Kevlar
1414
1971
化生產。由於芳香族聚酰胺纖維具有高強度、高模
量、耐高溫等優異特性，有著十分廣泛的應用領域
和發展前景，因此得到了世界各國的廣泛關注。歐
美許多發達國家的生產廠家相繼開展了芳香族聚酰
胺纖維產品成形技術的開發，其中如荷蘭阿克蘇公
司、日本帝人和尤尼吉卡公司、俄羅斯全俄合纖院
和耐熱公司、德國赫司特公司等先後加入芳香族聚
酰胺纖維的開發行列，並相繼推出了一批產品不同
和性能優異的芳香族聚酰胺纖維產品，極大地推動
了世界芳香族聚酰胺纖維業的發展。
目前全球從事於芳綸
生產的廠家主要有
1414
美國杜邦公司（
）、日本帝人公司（
、
Kevlar
Twaron
）
、
俄
羅
斯
耐
熱
公
司
（
）
等
。
其
Technora
Pycap
中
美
國
杜
邦
公
司
產
量
排
名
世
界
第
一
，
日
本
帝
人
公
司
排
名
世
界
第
二
，
上
述
這
兩
家
公
司
對
位
芳
綸
產
量
分別佔世界總產量的
和
左右，此外德
55 % 40 %
表
芳香族聚酰胺纖維的結構性能
1
商品名稱
纖維品種
主要原料（單體）
性能特點
對位
（美國）
Kevlar 29
芳綸
（中國）
14
芳綸Ⅰ（中國）
聚對苯甲酰胺纖維
對氨基苯甲酰胺
高強、高模
（美國）
Kevlar 49
（日本）
Twaron
芳綸
（中國）
1414
芳綸Ⅱ（中國）
聚對苯二甲酰對苯二
胺纖維
對苯二甲酰氯、
對苯二胺
高強、高模
（日本）
Technore
聚
二苯醚撐對苯
3,4 -
二甲酰對苯二胺纖維
對苯二甲酰氯、
對苯二胺
耐熱、高強
（俄國）
Terlon
聚對苯二甲酰對苯二
胺纖維
對苯二甲酰氯、
對苯二胺（共聚）
高強、高模
（俄國）
SVM
聚對位芳香族雜環聚
酰亞胺纖維
對位芳香族雜環
聚酰亞胺
高模
Armos
聚對位芳香族雜環共
聚酰胺纖維
對位芳香族雜環
共聚酰胺
高強、高模
間位
（美國）
Nomex
芳綸
（中國）
1313
聚間苯二甲酰間苯二
胺纖維
間苯二甲酰氯、
間苯二胺
耐高溫
（美國）
Conex
（俄國）
Fennelon
聚間苯二甲酰間苯二
胺纖維
間苯二甲酰氯、
間苯二胺（共聚）
耐高溫
表
芳綸
與芳綸
的力學性能比較
2 1414 1313
纖維品種
密
度
・
/ (g
cm )
最大抗拉強度
・
/ (cN
tex )
斷後延伸率
/ %
初始模量
・
/ (N
tex )
抗剪力
降解溫度
℃
/
芳綸
1414
1.44
－
210
270
－
2.5
4.0
－
42
88
優秀
500
芳綸
1313
1.38
－
44
53
－
15
30
－
6.17
12.35
好
371
R
R
R
R
R
R
R
R
-3
-1
-1
第
期
王祖明
袁寶慶：芳香族聚酰胺纖維生產技術與應用
5 , - 43 -
國
赫
司
特
公
司
、
以
及
俄
羅
斯
全
俄
合
纖
院
和
耐
熱
公
司
也
有
少
量
生
產
。
值
得
一
提
的
是
近
年
來
日
本
帝
人
積
極
擴
大
對
位
芳
香
族
聚
酰
胺
纖
維
產
量
，
該
公
司
制
定
的
近
期
發
展
戰
略
目
標
是
趕
超
美
國
杜
邦
公
司
，
盡
快
成
為
世
界
上
最
大
最
強
的
芳
香
族
聚
酰
胺
纖
維
制
造
企業。為此，帝人公司於
年底收購了荷蘭阿
2000
克蘇公司的
工廠，
Twaron
並於
年
向
該
收
購
2003
公司投資
1.8
億美元，以擴大其產品的產能；另外
還
收
購
了
公
司
和
公
司
合
資
的
日
Acordis umitomo
本芳綸公司。
目前全球從事於芳綸
的生產廠家主要有
1313
美國杜邦公司、日本帝人公司、俄羅斯全俄合纖院
和耐熱紡織公司，以及日本尤尼吉卡公司等。美國
杜邦公司產量目前排名世界第一，日本帝人公司居
第二，其他公司（如俄羅斯耐熱紡織公司、日本尤
尼吉卡公司等）也有少量的生產，且產量很少。
近年來國外一些從事於芳綸
生產的廠商
1414
十分看好亞洲，尤其是中國這一最大的潛在市場，
美國杜邦公司率先在上海建立了杜邦公司上海辦事
處
，
作
為
在
中
國
開
展
銷
售
的
一
個
重
要
窗
Kevlar
口；杜邦公司與日本東麗合作組建了
生
產
Kevlar
公司（東麗
－
杜邦公司）；此外杜邦公司還與日
本
帝
人
公
司
合
作
成
立
了
杜
邦
帝
人
先
進
纖
維
（
香
-
港
）
公
司
，
聯
手
在
亞
洲
開
發
及
市
Kevlar Nomex
場，該公司近期已推出了從一般衣物到工業品用的
具有優良物理特性和力學性能的芳綸
製品。
1414
我國芳香族聚酰胺纖維的研製開發始於
世
20
紀
年代。中科院、清華大學、中國紡大、上海
70
紡
研
所
、
中
國
石
化
燕
山
石
化
公
司
、
濟
南
齊
魯
化
纖
集
團
等
單
位
曾
先
後
開
展
了
芳
香
族
聚
酰
胺
纖
維
的
研
究
和
小
試
生
產
。
其
中
，
中
科
院
與
清
華
大
學
率
先
進
行
了
芳
香
族
聚
酰
胺
纖
維
的
理
論
性
研
究
，
上
海
紡
研
表
芳香族聚酰胺纖維的主要用途
3
工業用材料
纜繩類
編織線繩類
編織帶類
織物
非織造布
土工布
海洋石油平台固定
繫繩，快艇繩索，
升降機吊索，體育
用繩索，天線等大
型物體固定纜繩等
耐熱縫紉線，發
熱線，回收火箭
飛船用線，射箭
弓弦，光纜等
耐熱帶，安全
帶，傳動帶，
運輸帶等
篷布，耐熱帆
布，降落傘用
布，過濾布等
耐熱毯
增強格柵材料，
木材增強材料等
工業用材料
航空航天材料
電子信息材料
摩擦材料
密封材料
工業用紙
骨架材料
航空器材
電子元部件
剎車墊片，離合
器襯墊
密封墊片，汽
缸墊，密封盤
耐熱絕緣紙，
工業特種用紙
充氣膠布，軟
管
飛行器（如宇宙飛船、飛機
的機身或機翼），雷達，屏
蔽罩，降落傘，宇宙服，回
收火箭飛船用繩索
等
高密度電子元
件，印刷線路
板，電纜屏蔽材
料，信號傳輸件
等
防護材料
複合增強材料
防切割用品
防護衣
輪胎
動力帶
膠管
增強材料
安全手套，安全
圍裙，運動衣等
工作防護衣（防
焊花飛濺等）
汽車輪胎簾子線，
防切割簾子佈等
傳送帶，傳動帶等
高壓軟管，耐熱
軟管，海洋工程
軟管等
壓力容器，電子機
械，塑料增強
材
料，潤滑部件等
工程建築材料
交通運輸材料
體育用品材料
建築材料
補強材料
壓力容器
車用材料
運動器材
幕牆，地基材料，
屋頂材料，建築用
繩索
結構加固片材，
鋼筋替代材料，
筒管基材，盆槽
基材等
輪壓縮氣罐以及天然
氣的運輸、貯存和配
送所需的壓力容器
離合器襯墊，增強軟
管，汽缸墊，汽缸絕熱
氈，夾芯板車廂，內部
隔板和天花板
賽艇，衝浪板，曲棍球棒，高
爾夫球棒，標槍，射箭弓，雪
橇，帆船殼體等體育器材，降
落傘，賽車手的賽車服等
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