Kevlar纤维成型工艺及应用luciano rivarola
一、凯夫拉纤维简介：
在上世纪60年代，美国杜邦公司研制出一种新型复合材料"凯夫拉"材料。这是一种芳纶复合材料。凯夫拉（Kevlar）是属于一种液态结晶性棒状分子，它具有非常好的热稳定性，抗火性，抗化学性，绝缘性，以及高强度及模数，将Kevlar的物性与其它纤维作一比较，可以发现，Kevlar纤维是石棉的2到11倍强度；是高强度石墨的1.6倍强度；是玻璃纤维的3倍强度；是相同重量下钢纤维的5倍强度。且Kevlar的密度非常低，几乎只有石棉密度的一半。而却拥有很高的破裂延伸度，除了高强度外，更有以下好处：
热稳定性，Kevlar大热试验中（TGA）非常稳定，直至600℃才有明显的重量丧失；
低侵蚀性，具有高含量的Kevlar试片，表现出比半金属片低的侵蚀性；
耐磨性，与石棉纤维制成的刹车片比较，在Kevlar纤维开松良好的状态下，体现出非常低的磨耗性。
维持预成型刹车片的强度，保持填充剂的持久性。
正是由于Kevlar纤维有如上诸多优点，目前Kevlar纤维被广泛应用于航空航天事业，船舶制造业及摩擦材料中。
自动升降器二．凯夫拉纤维合成与成型：
a.界面缩聚法
界面缩聚法于1959年由美国杜邦公司发表,方法是将二羧酸酰氯溶解在与水不相混合的有机溶剂中,如苯、四氯化碳等,再将二元胺溶于水中 (水中加少量 Na2sccnnCO3或NaOH ,以吸收反应生成的盐酸 ),然后将上述 2种溶液混合 ,再加入的瞬间,就在2种液体界面上发生缩聚反应生成聚合体薄膜,由于反应在界面上进行 ,所以称为界面缩聚。 Morgan在研究中指出,移去界面附近形成的高聚物薄膜,界面处继续不断产生新的薄膜。为获得产量高、易于分离、水洗和干燥的粉状或颗粒状的聚合物,还是要搅拌。通常将有机溶剂配制的酰氯液体加入搅拌的二胺水溶液中,反应在室温下开始,因反应放热,温度可升至50～60 ℃,生成的高聚物可经过分离而得。在这种合成方法里,选择合适的有机溶剂、反应物
的浓度比都是比较重要的因素。
b.直接低温法制备
在三苯基膦- 多卤代烷- 吡啶存在下二元酸可直接与二元胺或醇在室温下缩聚成聚合物。原料的加料顺序为:先将对苯二甲酸与三苯基膦六氯乙烷以及吡啶混合,而后加对苯二胺。反应示例如下:取0.356 g (0.002 mol) 对苯二甲酸和1.26 g(0.0048 mol) 三苯基膦溶液于5 mL 吡啶中。另取0.234 g (0.002 mol) 对苯二胺和1.42 g (0.006 mol)C2Cl6 溶于5 mL 吡啶。将上述两溶液混合,反应立即放热并立即产生黄沉淀。30 min 后加入100mL 丙酮洗去副产物,过滤得到聚合物。聚合物以水洗3 次,再加少量丙酮洗2 次,产物减压干燥。
c.低温溶液缩聚法
低温溶液缩聚法是目前工艺最成熟的合成芳纶纤维的方法。目前已工业化的Kevlar , Technoral 纤维的合成均采用此种方法。在装有不锈钢搅拌器并通有干燥N2缪增斌面条机 的玻璃聚合反应器中, 加入含一定量无水LiCl 和吡啶的NMP 溶液,在室温下加入粉末状对苯二胺,待其溶解后,用冰水浴将溶液降到一定温度,然后加入化学计量的粉末状对苯二甲酰氯,同时
加快搅拌速度,随着反应进行,溶液粘度增大,液面突起,数分钟后,发生爬杆现象并出现凝胶化,继续搅拌数分钟,粉碎黄凝胶团,然后将产物静置6 h 以上。将所得的聚合体加少量水,粉碎过滤,再用冷水及热水洗涤多次,以除去残留的溶剂、LiCl 、HCl 及吡啶,至洗液显中性,再将聚合物于100 ℃下干燥5 h 以上,得干燥聚合体。然后将聚合体于冷浓硫酸中混合,再加热至75 ℃,成为向列型液晶溶液,再进行纺丝。
d.酯交换反应
帝人公司进行了直接的酯交换反应。在二芳砜(如二苯砜) 和具有2个苯环或萘环的醚或碳氢化物存在下,芳香族二芳酸二芳酯(如对苯二甲酸二苯酯) 和芳香族二胺(如对苯二胺,间苯二胺) 进行加热缩聚反应。反应温度高于150 ℃,最好为180～400 ℃,反应时间是2～30 h ,为了加速反应,可以加入聚酯交换反应及缩聚反应用的催化剂。反应初期在常压下进行,生成的芳香族羟基化合物不需排出。反应后期应将副产物及部分溶剂蒸出。
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