間位芳綸

間位芳綸是一種開發早、套用廣、產量大、發展快的耐高溫纖維品種，其總量居特種纖維的第二位。

基本介紹

• 中文名：間位芳綸
• 外文名：MPIA( poly-m-phenyleneisophthalamide)
• 別稱：芳綸1313
• 全稱：聚間苯二甲醯間苯二胺

品種介紹

間位芳綸是一種開發早、套用廣、產量大、發展快的耐高溫纖維品種，其總量居特種纖維的第二位。

分子結構

聚間苯二甲醯間苯二胺是排列規整的鋸齒型大分子，在熔融以前就已經分解，玻璃化溫度Tg為270℃，在 350℃以下不會發生明顯的分解和碳化。當溫度超過400℃時，纖維逐漸發脆、炭化直至分解，但是不會產生熔滴；在火焰中不延燃，具有較好的阻燃性，極限氧指數LOI為29%—32%，性能極佳。

特性

優異的耐高溫性，良好的尺寸穩定性，優良的可紡性、防火性和耐腐蝕性。

製備方法

(l)聚間苯二甲醯間苯二胺縮聚物的製備芳綸1313由間苯二甲醯氯(ICI)和間苯二胺(MPD)縮聚而成，其反應式為：生產縮聚物主要有如下三種方法。

①界面縮聚法 把配方量的間苯二胺溶於定量的水中，加入少量的酸吸收劑成為水相。再將配方量的ICI溶於有機溶劑中，然後邊強烈攪拌邊把ICI溶液加到MPD的水溶液中，在水和有機相的界面上立即發生反應，生成聚合物沉澱，經過分離、洗滌乾燥後得到固體聚合物。

②低溫溶液縮聚法 先把間苯二胺溶解在N，N二甲基乙醯胺( DMAc)溶劑中，在攪拌下加人間苯二甲醯氯，反應在低溫下進行，並逐步升溫到反應結束。然後加入氫氧化鈣，中和反應生成的氯化氧，使溶液成為DMAc- CaCI2醯胺鹽溶液系統，經過濃度調整，可直接用於濕法紡絲，也可以通過鹼性的離子交換樹脂除去反應生成的HCI。黎葦等研究叔胺添加劑對PMIA縮聚反應的影響，發現不同結構叔胺對PMIA分子量的影響是不同的，其中以加入少量a甲基吡啶作為HCI吸收劑對提高PMIA分子量最為明顯。

③乳液縮聚法 將ICI溶於與水有一定相溶性的有機溶劑（如環己酮），MPD溶於含有酸吸收劑的水中，高速攪拌，使縮聚反應在攪拌時形成的乳液體系的有機相中進行。此方法利於熱量傳遞。此外，還有專利報導有氣相縮聚法製備芳香族聚醯胺。

鑒於低溫溶液縮聚與界面縮聚、乳液縮聚相比，耗用溶劑少，生產效率高，在直接使用樹脂溶液進行紡絲、打漿和制膜時可以省去樹脂析出、水洗和再溶解等操作，在生產上更為經濟，所以低溫溶液聚合套用廣泛。採用低溫縮聚法製備聚間苯二甲醯間苯二胺，溶劑為N，N二甲基乙醯胺( DMAc)時，有下列因素對反應有影響：間苯二甲醯氯，間苯二胺純度，摩爾比，反應溫度，反應時間，溶劑中的水分含量和攪拌速度等。

(2)芳綸1313纖維的製備纖維可採用乾法紡絲、濕法紡絲或乾噴濕紡法製備。

①乾法紡絲 乾法紡絲的流程為將低溫溶液縮聚所得的紡絲液用氫氧化鈣中和，得到約含20%聚合物及9% CaCl2的黏稠液，經過濾後加熱到150～160℃進行乾法紡絲，得到初生纖維因帶有大量無機鹽，需經多次水洗後在300℃左右進行4～5倍的拉伸，或經卷繞後的纖維先進入沸水浴進行拉伸、乾燥，再於300℃下張緊1.1倍處理。乾法紡絲產品有長絲和短纖維兩種。

②濕法紡絲 濕法紡絲的一般流程為：紡前願液溫度控制在22℃左右，原液進入體積密度為1.366的含二甲基乙醯胺和CaCI2凝固浴中，浴溫保持60℃，得到的初生纖維經水洗後，在熱水浴中拉伸2. 73倍，接著再進行乾燥，溫度為130℃，然後在320℃的熱板上再拉伸1.45倍而製得成品。日本帝人採用此方法。Conex的產品主要為短纖維，有以下幾個品種：普通短纖維、原液染色短纖維、短切纖維和高強度長絲。據專利介紹的高強Conex的濕法紡絲流程為：漿液→凝固浴→洗滌→第→次濕拉伸→第二次濕拉伸→乾燥→千拉伸→後處理。製得的纖維抗張強度可達8.48～9.27cN/dtex，伸長率25%～28%在300℃時的熱收縮為 5.60%～6.O%。

③乾噴濕紡法 美國孟山都公司綜合乾紡和濕紡的優點，提出了乾噴濕紡的工藝。採用這種工藝，紡絲拉伸倍數大，定向效果好，耐熱性高。如濕紡纖維在400℃下熱收縮率為 80%，而乾噴濕紡纖維小於lO%，濕紡的零強溫度為440℃，乾紡為470℃，而千噴濕紡可提高到515℃。

各大公司採用的生產工藝流程為：美國杜邦公司採用低溫溶液聚合，乾法紡絲，得纖維Nomex,日本帝人公司採用界面聚合，再溶解，用倒章式濕法紡絲裝置進行紡絲，紡出纖維稱為Conex;孟山都公司綜台乾紡和濕紡的優點提出了乾噴濕紡工藝。此外，前蘇聯的ΦeHHnox用熱塑擠壓法生產。

(3)芳綸1313酌共聚及表面改性針對聚間苯二甲醯間苯二胺纖維的耐疲勞性、阻燃性、耐光性以及和基體樹脂的浸潤性尚不夠理想等問題，國內外開展了大量的研究。

黎葦等以2，5--氯對苯二甲醯氯(DDC)作為第三單體，將其與間苯二甲醯氯(ICl)、間苯二胺(MPD)在N，N-二甲基乙醯胺(DMAc) 中進行低溫溶液共縮聚反應，合成了含氯取代基的聚間苯二甲醯間苯二胺樹脂( PMIAC)。他們在芳香聚合物的苯環上部分引入鹵原子，可適度降低大分子鏈的規整性，有效地提高其阻燃性及和基體樹脂的浸潤性。日本的Ozawa Shuji等人發表了由芳族二胺和芳族的二元羧酸的二鹵化物的縮聚反應製備芳族聚醯胺的專利。Lin等研究了通過選擇不同的二胺和二元醯氯可得到不同的重複單元的方法，從而在保持良好的耐熱性能的同時，改進材料的阻燃性能。Lin等採用TCP代替間苯二胺，如果10%質量比的TCP代替間苯二胺，可使其 5%的熱質量損失溫度從260.1℃升高到444.5℃。

主要供應商

全球來看，芳綸1313的主要供應商依次為美國杜邦、煙臺泰和新材、日本帝人。美國杜邦產能約2.5萬噸，商品名為Nomex，在全球處於壟斷地位。煙臺泰和新材年產能5600噸，為全球第二大芳綸1313供應商，其商品名為Tametar（泰美達），是美國杜邦的主要競爭對手。日本帝人也是世界上最早的芳綸1313供應商之一，其產能約2300噸，商品名為Conex。

形態及套用

（1）工業用本白短纖。主要用於高溫過濾、高溫傳送帶、轉移印花毯、汽車膠管等。 （2）易染芳綸短纖。主要用於石油石化、電力燃氣、鋼鐵煉焦、電氣電焊等工業領域的防護服。 （3）有色纖維。主要用於防消服、軍警作訓服以及要求較高的產業工人防護等。 （4）長絲。主要用於賽車服、太空衣、輪胎帘子布、汽車膠管等。 （5）短切纖維、沉析纖維。主要用來製作芳綸紙，可用於高溫電機、變壓器、電子電器、手機電池、筆記本電腦電池的絕緣等。還可進一步加工成蜂窩結構材料，用於飛機、高鐵、遊艇等。

改性

某些功能團的引入，可改進複合材料的層間剪下強度。這一化學改性方法在芳綸1313纖維上的套用也正在展開。也可以採用等離子處理等物理方法來活化纖維表面，可以使纖維表面最大化，同時在表面形成一個活性層，以提高表面粗糙度。

以火災防護服為例，若將性能不同的兩種芳醯胺纖維混合起來，就會產生意想不到的相乘效果。例如在間位芳醯胺中，僅混入5%的對位芳醯胺所製成的衣服，即使處於火焰中，布的強度和外觀也不受損，更不會發生破裂。