一文看懂，间位、对位芳纶制备工艺和纺丝工艺比较

芳纶是一种性能优异的合成材料。芳纶全称为芳香族聚酰胺纤维，主要分为对位芳纶（或称芳纶1414、芳纶II，为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维）、间位芳纶（或称芳纶1313、芳纶I，为聚间苯二甲酰间苯二胺纤维）、芳纶III（或称共聚芳纶、杂环芳纶）等。纤维形态有长丝、短纤维、短切纤维和浆粕。间位、对位芳纶性能各有千秋，制备工艺和纺丝工艺也不尽相同。

一、性能比较

对位芳纶耐高温、耐疲劳、稳定性优越。对位芳纶与碳纤维、高强高模聚乙烯并称为世界三大高性能纤维，具有高比强度、高比模量、耐高温和阻燃等优异性能，并有相对密度小、耐疲劳、耐剪切和尺寸稳定性好等优点，在个体防护、航空航天、汽车、电子信息等领域具有重要用途。 

图1  对位芳纶应用领域

图2  对位芳纶应用实例

间位芳纶耐高温、绝缘性优良。间位芳纶是有机高科技纤维中发展最快的品种，具有优异的热稳定性、阻燃性、电绝缘性、化学稳定性和耐辐射性，广泛应用于航空航天、高速列车、消防服、工业耐温材料、电气绝缘等重要领域。由于其出色的耐高温绝缘性，故被称为防火纤维。

图3  间位芳纶应用领域

图4  间位芳纶应用实例

二、制备工艺比较

对位芳纶聚合物制备工艺以低温溶液聚合法为主。在聚合反应器中将粉末状对苯二胺溶解于N-甲基吡咯烷酮(NMP)体系，降温后加入粉末状对苯二甲酰氯，缩聚得到初产物，加水过滤洗涤多次后干燥得到终产物聚对苯二甲酰对苯二胺。

图5  对位芳纶聚合物制备工艺

对位芳纶缩聚过程中的关键技术是原料纯度的控制和分析，确保对苯二甲酰氯和对苯二胺等摩尔反应。Kevlar、Technora纤维均采用低温溶液聚合法制备聚对苯二甲酰对苯二胺。

间位芳纶聚合物制备工艺包括低温聚合法与界面聚合法。

低温聚合法：将间苯二胺溶于N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)溶剂中，冷却后加入间苯二甲酰氯，升温进行缩聚。反应过程中须中和生成的HCl以促进反应进行。此法消耗溶剂少、步骤简单且效率高，被广泛应用于工业生产。杜邦公司和泰和新材、广东彩艳均采用低温聚合法制备聚间苯二甲酰间苯二胺。

界面聚合法：将间苯二甲酰氯溶于四氢呋喃（THF）形成有机相，间苯二胺溶于碳酸钠溶液形成水相；在强烈搅拌下把有机相加入水相，使两相在相界面快速发生缩聚反应。反应生成的聚合物沉淀，经过滤、洗涤、干燥得到固体产物。此法反应速度快，聚合物的相对分子质量更高，可配制成高质量的纺丝原液，但工艺复杂且对设备要求高，因此投资更高。帝人公司采用界面聚合法制备聚间苯二甲酰间苯二胺。

图6 间位芳纶聚合物制备工艺 

三、纺丝工艺比较

对位芳纶纤维纺丝工艺采用干喷湿纺法。由于对位芳纶的熔融温度高于分解温度，所以不可采用简单的熔融法进行纺丝，纺丝需采用干喷湿纺纺丝工艺。将聚合体溶解于冷浓硫酸中并从纺丝孔挤出，通过热空气层形成纤维，再通过冷水浴除去酸，干燥后即制得对位芳纶纤维。

图7 对位芳纶纺丝工艺

间位芳纶纤维纺丝工艺包括干法纺丝与湿法纺丝。

干法纺丝：将聚合物溶于二甲基甲酰胺(DMF)或DMAc中，加入助溶剂，制得的纺丝原液经过滤后进入喷丝孔纺丝，溶剂在热空气的作用下蒸发。初生纤维经过多次水洗后于300℃下牵伸，制得长丝或短纤维。

湿法纺丝：原液经纺丝板得到原丝，进入含DMAc和CaCl2的凝固浴中得到初纤维，经水洗后于热水浴中拉伸，后经干燥、320℃热板上再次拉伸制得成品。

图8 间位芳纶纺丝工艺

来源：泰和新材官网，国海证券研究所，《国内外芳纶的制备、产业现状及市场前景》