圖１ 柔性鏈的聚合物和剛性鏈段聚合物示意圖

芳綸纖維分子主鏈規整性較好，含有剛性致晶單元，容易形成液晶形態。這種剛性分子鏈在液晶態時，隨著濃度的增 加可以并排形成平行排列的結構，內部分子鏈段出現高度有序性，無需特殊拉伸，僅通過紡絲定向即可達 到伸展鏈結構，實現高模量。

不僅如此，在紡絲過程中，這種結構還可以在有限空間內沿纖維取向高密度 多層堆疊，使得聚合物有較高的強度。芳綸纖維的分子鏈沿纖維軸向高度取向，酰胺基團上的氫原子可 以與另一條分子鏈上可供電子的羰基形成氫鍵，使得分子鏈之間形成氫鍵交聯。

芳綸纖維包含皮芯結構、次晶結構和微纖結構等不同形態的超分子結構。圖2為芳綸纖維內部結構示意圖。纖維的皮層比芯層結晶度小，皮層厚度大約為0.1μｍ～1μｍ（根據纖維種類及紡絲工藝有所區別）。

芯層由沿纖維軸向排列的單晶組成，芯層的微晶不如皮層取向度高，纖維中的分子在縱向具有近乎平行于纖維軸的取向，在橫向是平行于氫鍵片層的輻射狀取向。

按化學結構不同，芳綸纖維可分為對位芳綸、間位芳綸和鄰位芳綸3種，其中鄰位芳綸很少使用。

對位芳綸，也稱聚對苯二甲酰對苯二胺纖維 (PPTA) 和聚對苯甲酰胺纖維 (PBA)。

PPTA是以對苯二胺和對苯二甲酰氯為單體，在N—甲基吡咯烷酮 (NMP)—氯化鈣中，經低溫溶液縮聚而得。

對位芳綸的主要突出優點是高強度、高模量。其拉伸強度是鋼絲的6倍, 拉伸模量是鋼絲及玻纖的2~3倍, 密度僅為鋼絲的五分之一，主要應用于安全防護、防彈，橡膠制品增強， 高強度纜繩以及石棉摩擦材料替代。

間位芳酰胺纖維，也稱為聚間苯二甲酰間苯二胺(PMTA)纖維，國內牌號芳綸1313。

間位芳綸的分子鏈共價鍵沒有共軛效應，分子鏈內旋轉位能低于對位芳綸，大分子鏈的柔性較對位芳綸強，纖維結晶度比對位芳綸小。

間位芳綸具有優異的耐熱性、耐焰性及絕緣性，主要用于防火材料和防機械損傷。

美代表性的牌號 為Nomex，在20世紀60年代由杜邦公司商品化生產。Nomex具有耐熱、耐焰和優良的電性能，常用于：

①纖維形式的防護服，熱氣體過濾材料;

②電絕緣紙及復合材料輕量蜂窩結構。

我國于1972年開始進行芳綸的研制工作, 并于1981年通過芳綸1313的鑒定，1985年又通過芳綸1414的鑒定, 它們分別相當于世界上最大的化學公司——美國杜邦公司的聚合物Nomex和Kevlar。

1986～1990年,中國發展國民經濟第七個五年計劃期間, 北京橡膠工業研究設計院、晨光化工研究院、上海合成纖維研究所、西安交通大學等單位共同承擔了國家關于芳香族聚酰胺樹脂合成、紡絲技術開發和在橡膠工業中應用的系列科研課題, 并且完成了相應的產品開發和研制工作。

短短四個春秋，東華大學化纖研究所、晨光化工研究院、上海合成纖維研究所、沈陽市紅星密封材料廠等單位研制和生產的對位芳綸性能就已經接近國際水平。

但由于資源、成本等方面原因，我國應用的芳綸纖維大部分仍依賴于進口。

而到了1999年, 山東煙臺氨綸股份有限公司正式提出建設中國第一個芳綸1313工程項目, 并在2001年5月份引進了俄羅斯技術，經過3年艱苦的技術攻關, 開發研制出了具有極高科技含量的20多種有色芳綸1313纖維, 其產品質量可與美國杜邦等世界一流公司相媲美, 與此同時，還開發了另一高端產品——芳綸絕緣紙。

對位芳綸的主要原料是對苯二甲酰氯(TPC)和 對苯二胺(PPD)。對位芳綸須在無水條件下進行縮聚反應。制備方法有：

①界面縮聚法：

將二羧酸酰氯溶解在與水不相混合的 有機溶劑中, 如苯 、四氯化碳等, 再將二元胺溶于水中( 水中加少量 NaCO3 或 NaOH, 以吸收反應生成的鹽酸) , 然后將上述 2 種溶液混合, 再加入的瞬間, 就在 2 種液體界面上發生縮聚反應, 生成聚合體薄膜, 由于反應在界面上進行, 所以稱為界面縮聚 。其反應式如下 :

②低溫溶液縮聚法：

是目前工藝最成熟的合成芳綸纖維的方法。目前已工業化的 Kevlar, Technoral 纖維的合成均采用此種方法。

在裝有不銹鋼攪拌器并通有干燥N₂的玻璃聚合反應器中， 加入含一定量無水LiCl和吡啶的NMP溶液, 在室溫下加入粉末狀對苯二胺，待溶解后，用冰水浴將溶液降到一定溫度，然后加入化學計量的粉末狀對苯二甲酰氯, 同時加快攪拌速度，隨著反應進行，溶液粘度增大, 液面突起，數分鐘后，發生爬桿現象并出現凝膠化，繼續攪拌數分鐘，粉碎黃色凝膠團，然后將產物靜置6h以上。將所得的聚 合體加少量水，粉碎過濾, 再用冷水及熱水洗滌多次，以除去殘留的溶劑 、LiCl 、HCl 及吡啶，至洗液顯中性，再將聚合物于100℃下干燥5h以上，得干燥聚合體。然后將聚合體于冷濃硫酸中混合, 再加熱至75℃, 成為向列型液晶溶液，再進行紡絲。

間位芳綸纖維的合成方法

四

芳綸纖維的應用

對位芳綸的應用

間位芳綸的應用

五

總結與展望