液晶聚芳酯纖維總概

1、<p><b>　　液晶聚芳酯纖維總概</b></p><p><b>　　1.1 高性能纖維</b></p><p>　　高性能纖維是指具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、耐化學(xué)藥品、耐氣候等性能的纖維，其強(qiáng)度一般大于2.15GPa，模量高于55GPa。由于具有高強(qiáng)度、高模量、優(yōu)異的物理性能、化學(xué)穩(wěn)定性等，世界各國(guó)對(duì)發(fā)展高性能纖維予以高度重視

2、。高性能纖維及其復(fù)合材料已廣泛應(yīng)用于航空航天、工業(yè)及體育用品等領(lǐng)域。</p><p>　　碳纖維是指化學(xué)組成中碳元素占總質(zhì)量90%以上的纖維。以聚丙烯腈(PAN) 纖維為碳纖維原絲實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)始于20世紀(jì)60年代，目前工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用的碳纖維原絲大多數(shù)為PAN纖維。碳纖維由碳元素組成，不燃燒，化學(xué)穩(wěn)定性好，具有較好的耐化學(xué)性。與樹(shù)脂、橡膠、陶瓷、玻璃、金屬?gòu)?fù)合后可制作各種結(jié)構(gòu)材料和絕熱材料，應(yīng)用于宇航的火箭、衛(wèi)星

3、、導(dǎo)彈、飛機(jī)等高技術(shù)領(lǐng)域，在汽車(chē)、機(jī)械、化工、體育、醫(yī)療等行業(yè)的用途也日益擴(kuò)大。日本在宇航級(jí)小絲束碳纖維生產(chǎn)上占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。2002年世界高性能碳纖維的生產(chǎn)能力為311萬(wàn)噸，小絲束碳纖維約為2.3萬(wàn)噸，占3/4；大絲束碳纖維約為0.8萬(wàn)噸，占1/4。日本東麗(TORAY)、東邦(TOHO)和三菱(MRC)公司的高性能小絲束碳纖維生產(chǎn)能力為1.75萬(wàn)噸，占世界高性能小絲束碳纖維總生產(chǎn)能力的3/4。3家公司基本上控制了世界高性能小絲束碳纖維的

4、生產(chǎn)。聚丙烯腈(PAN)基大絲束碳纖維的世界總生產(chǎn)能力為8145噸，福塔菲爾(PORTAFIL)、愛(ài)斯奇愛(ài)爾(SGL)、卓爾泰克(ZOL TEK)和阿爾迪拉(ALDILA) 公司壟斷了世界聚丙烯腈基大絲束碳纖維的生產(chǎn)。</p><p>　　芳綸纖維即芳香族聚酰胺纖維，是以芳香族化合物為原料經(jīng)縮聚紡絲制得的合成纖維。主要品種有聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維和聚間苯二甲酰間苯二胺纖維。芳酰胺纖維是在高性能復(fù)合材料中用量?jī)H次

5、于碳纖維的另一種使用最多的增強(qiáng)纖維。它具有超高強(qiáng)、超高模量、耐高溫和比重輕等特性。其強(qiáng)度比一般有機(jī)纖維高3倍以上，模量是尼龍的10倍，滌綸的9倍。其相對(duì)強(qiáng)度相當(dāng)于鋼絲的6～7，模量約為鋼絲和玻璃纖維2～3倍，而比重只有鋼絲的1/5左右。芳綸纖維具有良好的抗沖擊和耐疲勞性能，有良好的介電性和化學(xué)穩(wěn)定性，耐有機(jī)溶劑、燃料、有機(jī)酸及稀濃度的強(qiáng)酸、強(qiáng)堿，耐屈折性和加工性能好。它可用普通織機(jī)編織成織物,編織后其強(qiáng)度不低于原纖維強(qiáng)度的90% 。芳香

6、族聚酰胺纖維首先是由美國(guó)杜邦公司于1965年引入市場(chǎng)的。這種間位取向的芳香族聚酰胺纖維稱(chēng)作Nomex。上世紀(jì)70年代早期,杜邦公司開(kāi)發(fā)了第二種產(chǎn)品即對(duì)位芳香族聚酰胺纖維Kevlar，并且此后一直占據(jù)芳綸的首要地位，直到1986年荷蘭Akzo公司的Twaron、1987 年日本帝人公司的Technora及俄羅斯的ARMOC纖維的出現(xiàn)，才使Kevlar獨(dú)占體系崩潰 。</p><p>　　超高分子量聚乙烯纖維(UHM

7、WPE)又叫直鏈聚乙烯纖維或高強(qiáng)高模聚乙烯(HSHMPE)纖維，是由平均相對(duì)分子質(zhì)量在100萬(wàn)以上的聚乙烯紡制而成的纖維。它具有高強(qiáng)度、高模量、良好的耐化學(xué)性和耐候性、高能量吸收性、低導(dǎo)電性、可透過(guò)X射線(xiàn)及一定的防水性等優(yōu)異性能。 它在軍事、航天、航海工程和高性能質(zhì)輕復(fù)合材料、體育運(yùn)動(dòng)器械、生物材料等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。1978 年荷蘭DSM公司的高級(jí)顧問(wèn)PenningsSmith等人發(fā)明了高強(qiáng)高模聚乙烯纖維并申請(qǐng)專(zhuān)利。通過(guò)采用分子

8、量超過(guò)1×106的高密度聚乙烯,以其稀溶液進(jìn)行凝膠紡絲,經(jīng)拉伸30倍制得。1984年荷蘭DSM公司與日本東洋紡合資建成50t/a的中試工廠(chǎng),纖維商品名為Dynema。美國(guó)Honeywell公司購(gòu)買(mǎi)了該專(zhuān)利后進(jìn)行了商品化生產(chǎn),其纖維稱(chēng)為Spectra900、Spectra1000 ,于1988年開(kāi)始市場(chǎng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。日本三井石化公司生產(chǎn)的UHMWPE纖維稱(chēng)為T(mén)enilon。中國(guó)自1985年開(kāi)始了UHMWPE纖維的研究，于上世紀(jì)末取

9、得了一系列重大突破，并投入中試及工業(yè)化開(kāi)發(fā)，其纖維性能已達(dá)到國(guó)際高中等水平并具有自己的特色。如中紡?fù)顿Y</p><p><b>　　1.2 液晶聚芳酯</b></p><p>　　1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　液晶高分子分為溶致液晶高分子（簡(jiǎn)稱(chēng)：LLCP）與熱致型液晶高分子（簡(jiǎn)稱(chēng)：TLCP）兩類(lèi)。溶致液晶高分子主要應(yīng)用于纖維制備

10、領(lǐng)域，例如杜邦PPTA，美國(guó)NASA研制PBO。熱致液晶高分子可應(yīng)用于熱塑性塑料與纖維制備領(lǐng)域，在塑料領(lǐng)域有日本住友化工（Sumitomo）的Ekonol(1983)，美國(guó)阿莫科（Amoco）的Xydar(1984)，美國(guó)塞拉尼斯（Hoeshst Celanese）的Vectra（1985），日本尤尼吉可（Unitika）的Rodrun-LC(1986)，美國(guó)杜邦（DuPont）的Zenite(1988)，英國(guó)卜內(nèi)門(mén)化學(xué)工業(yè)有限公司（I

11、CI）的Victrex(1987)，蒙特愛(ài)迪生公司（Grammont—Montedison）的Granlar(1989)，德國(guó)巴斯夫（BASF）的Ultrax(1989)。</p><p>　　目前國(guó)外工業(yè)化生產(chǎn)塑料級(jí)液晶聚芳酯的廠(chǎng)商主要有：美國(guó)阿莫科（Amoco）公司，美國(guó)塞拉尼斯公司（Hoeshst Celanese），美國(guó)杜邦公司（DuPont），德國(guó)巴斯夫（BASF），日本本尤尼吉可（Unitika）公司

12、。其具體產(chǎn)能見(jiàn)下表。</p><p>　　表1-2 主要生產(chǎn)廠(chǎng)商及產(chǎn)能</p><p>　　1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀</p><p>　　由于液晶聚芳酯技術(shù)壁壘較高，目前國(guó)內(nèi)基本上都處于研究階段，上海普利特公司依托復(fù)旦大學(xué)卜海山教授的技術(shù)，已有小批量TLCP產(chǎn)品生產(chǎn)，目前產(chǎn)能以達(dá)到200t/年，并且仍在擴(kuò)大產(chǎn)能，預(yù)計(jì)與2015年建成年產(chǎn)10000t/年的生產(chǎn)線(xiàn)。&l

13、t;/p><p>　　卜海山教授發(fā)明的一種新的液晶高分子（LCP）材料，它的鏈結(jié)構(gòu)中包含了由P-對(duì)羥基苯甲酸（HBA）、對(duì)苯二酚（HQ）、混合芳香二酸（MA），由間苯二甲酸（IA）、2，6—萘二酸（NDA）、4，4′—二羥基—N—苯基苯甲酰胺（NA）混合而成）、對(duì)苯二甲酸（TA）和4，4′—二苯醚二甲酸（DODA）引出的重復(fù)單元。在一定組成范圍內(nèi)，加入少量DODA，降低了LCP的熔點(diǎn)、增寬了加工溫度窗口，有利于加工；

14、降低了LCP的后期聚合反應(yīng)速度和熔體粘度，有利于聚合反應(yīng)的控制。加入少量DODA也提高了LCP的韌性。在一定組成范圍內(nèi)，加工溫度窗口也隨HBA和TA的摩爾比增加而增加。引出的重復(fù)單元依次分別為：</p><p>　　它們的摩爾分?jǐn)?shù)分別為：（I）50%—60%，（II）17.5%—25%（III）7.25%—12.5%，（V）0.5%—7.5%。LCP的制備是在不銹鋼反應(yīng)釜中進(jìn)行。反應(yīng)釜加熱采用電加熱方式，溫度由控

15、制單元準(zhǔn)確控制。攪拌器經(jīng)齒輪減速箱減速后、由轉(zhuǎn)速控制器控制。在反應(yīng)過(guò)程中，轉(zhuǎn)速和扭矩可連續(xù)從轉(zhuǎn)速控制器上讀出。扭矩表示熔體粘度、即分子量的大小。反應(yīng)釜上連接齒型分溜器、水冷凝管、收集器。N2氣流經(jīng)針型閥連接反應(yīng)釜，N2氣流量由針型閥控制。真空系統(tǒng)經(jīng)針型閥連接反應(yīng)釜，抽真空的速度由針型閥控制。在通 N2氣情況下，將反應(yīng)物放進(jìn)反應(yīng)釜，加入一定量催化劑。開(kāi)啟攪拌器，轉(zhuǎn)速150rpm。反應(yīng)釜升溫至120℃、停留3分鐘，以進(jìn)一步去除水份。當(dāng)反應(yīng)釜

16、中升溫至酯化反應(yīng)溫度時(shí)，反應(yīng)發(fā)生，副產(chǎn)物醋酸由N2氣流帶出。分溜器將單體和低分子量反應(yīng)物返回反應(yīng)釜，醋酸蒸汽冷凝后流入收集器。繼續(xù)升高溫度進(jìn)行縮聚反應(yīng)。待大部分醋酸出來(lái)后，移去通N2 系統(tǒng)，連接真空系統(tǒng)，開(kāi)始抽低真空。攪拌器轉(zhuǎn)速降低到120或100 rpm。真空度慢慢地增加，待真空度低150Pa，扭矩讀數(shù)大于 0.55Ma 后，反應(yīng)結(jié)束。停止加熱，用適當(dāng)方法</p><p>　　武漢理工大學(xué)的張傳吉,黃志雄以對(duì)羥

17、基苯甲酸(HBA)、4,4—聯(lián)苯二酚(HB)、1,3—二溴丙烷(DP)、對(duì)苯二甲酸( TA)為共聚物單體,采用熔融直接縮聚的方法,一步混合直接投料聚合出全芳香族液晶共聚酯。該合成方法反應(yīng)條件溫和，產(chǎn)物分子量高。用紅外(FIR) 、差熱分析(DSC) 、偏光顯微鏡(POM) 等測(cè)試分析手段對(duì)共聚酯的結(jié)構(gòu)、熱性能和液晶特性進(jìn)行了表征。研究結(jié)果表明,合成所得的熱致液晶共聚酯呈現(xiàn)明顯的向列性熱致液晶的特性。取代基的引入降低了共聚酯的熔點(diǎn)，而取代

18、基鏈長(zhǎng)直接影響共聚酯的熔點(diǎn)。</p><p>　　1.3 液晶聚芳酯纖維</p><p>　　1.3.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　聚酯纖維從20世紀(jì)70年代步入大規(guī)模工業(yè)化以來(lái)，無(wú)論是技術(shù)水平還是生產(chǎn)品種，其發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他合成材料和合成纖維。2009年世界聚酯聚酯纖維產(chǎn)量約為2200萬(wàn)噸。今后的十年，世界聚酯以及聚酯纖維仍將保持3％以上的速度增長(zhǎng)。

19、從2005年起，聚酯以及聚酯纖維新產(chǎn)品的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)達(dá)到峰值，歐洲、美國(guó)以及日本的高技術(shù)(高性能)纖維開(kāi)發(fā)研究和規(guī)模化工業(yè)化的速度愈加迅速。從20世紀(jì)50年代起，美國(guó)為確保其軍事、尖端科學(xué)和支柱產(chǎn)業(yè)在全球的領(lǐng)先地位，一直鼓勵(lì)美國(guó)的研究機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)大力開(kāi)發(fā)高性能纖維，例如美國(guó)杜邦公司、塞拉尼斯-赫斯特、殼牌化工等，并將其作為重要的技術(shù)支撐嚴(yán)格掌控。2000年以來(lái)，日本靠不斷壯大、具有世界領(lǐng)先水平的高性能纖維產(chǎn)業(yè)，將美國(guó)新開(kāi)發(fā)的高性能纖維在日

20、本實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，例如PBO纖維等，并兼并國(guó)外優(yōu)勢(shì)品種的事業(yè)部，使日本的弱勢(shì)品種迅速提升到世界先進(jìn)水平，從而確立了現(xiàn)今在世界高性能纖維領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。</p><p>　　在液晶聚芳酯纖維領(lǐng)域，熱致液晶聚芳酯纖維則是由美國(guó)杜邦公司、金剛砂公司（Carborundum）、塞拉尼斯公司（Celanese）科學(xué)家首先進(jìn)行開(kāi)發(fā)，最先是由Jackson發(fā)現(xiàn)PET與剛性構(gòu)造的對(duì)羥基苯甲酸共聚，1976年發(fā)表論文稱(chēng)之為X-7G，

21、紡成纖維強(qiáng)度、模量較低，沒(méi)有什么實(shí)用價(jià)值，隨后金剛砂公司與日本住友化學(xué)公司合作開(kāi)發(fā)的Ekonol纖維強(qiáng)度為4.1Gpa，模量為134Gpa，達(dá)到高科技纖維的水平，但是都處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，并未見(jiàn)工業(yè)化報(bào)道。</p><p>　　由于聚合原料、配方設(shè)計(jì)、聚合設(shè)備、紡絲設(shè)備、熱處理設(shè)備等各方面的制約，真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的則是美國(guó)塞拉尼斯公司和日本可樂(lè)麗公司合作開(kāi)發(fā)的Vectran纖維，1990年可樂(lè)麗西條工廠(chǎng)開(kāi)始生產(chǎn)Ve

22、ctran纖維產(chǎn)品，在2005年4月，公司并購(gòu)了美國(guó)南卡羅萊納州的賽拉尼斯先進(jìn)材料公司（CAMI）的高性能多芳基纖維業(yè)務(wù)，然后該公司就成為可樂(lè)麗在美國(guó)的子公司可樂(lè)麗美國(guó)公司（KAI）的分公司，這次并購(gòu)使得可樂(lè)麗集團(tuán)成為世界唯一Vectran纖維的來(lái)源。從那以后，可樂(lè)麗進(jìn)一步擴(kuò)大業(yè)務(wù)并擴(kuò)大產(chǎn)品銷(xiāo)售達(dá)到了全球規(guī)模。2007年隨著市場(chǎng)需求的快速增長(zhǎng)，可樂(lè)麗公司對(duì)其在愛(ài)媛縣西條市的生產(chǎn)裝置進(jìn)行擴(kuò)能，產(chǎn)能從目前的600噸增加到了1000噸。在20

23、08年北美Techtextil（亞特蘭大）上推出了溶液染色的Vectran HT新品種，有藍(lán)、綠、橘紅等色澤，其抗紫外光性、色牢度和強(qiáng)度較好，同時(shí)還引入了細(xì)旦絲產(chǎn)品。</p><p>　　以色列希伯來(lái)大學(xué)的Estelle Kalfon–Cohen，Gad Marom等研究了Celanese公司的Vectran M和Vectran HS fiber纖維，通過(guò)廣角X射衍法發(fā)現(xiàn)Vectran M具有六方晶格微結(jié)構(gòu)，而V

24、ectran HS正交晶系結(jié)構(gòu)。通過(guò)X射線(xiàn)衍射法發(fā)現(xiàn)M纖維在277℃，HS纖維在315℃時(shí)都轉(zhuǎn)化為向列型液晶。 </p><p>　　1.3.2 液晶聚芳酯的固相增粘</p><p>　　固相增粘也稱(chēng)固態(tài)聚合，是指低聚物處于固態(tài)下進(jìn)行的聚合反應(yīng)，也稱(chēng)為固相聚合。 早在上世紀(jì)三十年代，F(xiàn)lory就發(fā)現(xiàn)固態(tài)聚合物在一定溫度下仍可發(fā)生縮聚反應(yīng)。但是，直到六十年代后，對(duì)固態(tài)聚合才有較系統(tǒng)的探索和研

25、究。自上世紀(jì)70年代初，Wegner首先以該方法制得了聚雙炔類(lèi)宏觀單晶體，并為研究聚合物結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系提供了理想的一維晶體模型后，該技術(shù)引起了科學(xué)界的廣泛關(guān)注。 利用固相縮聚，上世紀(jì)70年代，美國(guó)杜邦公司通過(guò)固相增粘技術(shù)成功研制出聚酯瓶切片，并工業(yè)化生產(chǎn)，由于其具有重量輕，強(qiáng)度高，透氣性和阻氣性好等優(yōu)點(diǎn)，得到了迅速的發(fā)展。 固態(tài)縮聚反應(yīng)提高分子量，最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以利用簡(jiǎn)單、便宜的設(shè)備來(lái)提高聚合物的質(zhì)量，同時(shí)避免了傳統(tǒng)聚合過(guò)程的缺點(diǎn)。

26、國(guó)外對(duì)于此類(lèi)反應(yīng)研究主要集中于聚酯、聚酰胺等物質(zhì)，相關(guān)機(jī)理、聚合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及其影響因素方面的報(bào)道已經(jīng)有很多。</p><p>　　一般認(rèn)為固相聚合反應(yīng)會(huì)經(jīng)歷三個(gè)階段：聚合物粒子內(nèi)端基的化學(xué)反應(yīng)，縮聚副產(chǎn)物小分子從粒子內(nèi)部向粒子表面的擴(kuò)散和從粒子表面向周?chē)臻g的擴(kuò)散。經(jīng)過(guò)中外學(xué)者的大量研究，證明該反應(yīng)受化學(xué)反應(yīng)過(guò)程和物理擴(kuò)散過(guò)程的共同控制。 </p><p>　　由于聚酯固態(tài)縮聚反應(yīng)屬于可逆

27、反應(yīng)，且反應(yīng)平衡可能由化學(xué)反應(yīng)速度或擴(kuò)散速度決定，因此很多反應(yīng)條件多會(huì)影響固態(tài)聚合，包括：反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、粒子尺寸、反應(yīng)媒介（真空或惰性氣體流量）、催化劑和添加劑。 </p><p>　　Agarwal等將乙烯基二胺蒸氣注入到商業(yè)用PET小球中使其進(jìn)行固態(tài)化學(xué)改性過(guò)程，（不通）從而引入氨基基團(tuán)，隨后通過(guò)固態(tài)聚合過(guò)程來(lái)補(bǔ)償相應(yīng)減少的分子量。利用此法對(duì)于PET結(jié)晶率的提高可與利用云母作為成核物質(zhì)相媲美，并且具有良

28、好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。Takahashi等 利用羥基乙酸單體首先通過(guò)一熔融反應(yīng)制得該單體的低聚物，而后再以二水乙酸鋅為催化劑經(jīng)固態(tài)縮聚的方法制備聚羥基乙酸。</p><p>　　近幾年，我國(guó)對(duì)于固相縮聚反應(yīng)的研究也取得了一定的效果，也有相關(guān)的報(bào)道，復(fù)旦大學(xué)潘欣蔚等在研究液晶聚芳酯的熔融縮聚過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)后期溫度較高，粘度較大攪拌熔體時(shí)，過(guò)高的剪切力產(chǎn)生過(guò)多的熱量，常常會(huì)使得樹(shù)脂分解、變色，因而很難再進(jìn)一步把分子量

29、提高，于是提出來(lái)采用熔融縮聚生成預(yù)聚物，繼而在較低溫度下使得預(yù)聚物進(jìn)行固相縮聚，以達(dá)到提高聚合物分子量和性能的目的。脂何翼云等 采用固相縮聚從低粘度聚己內(nèi)酰胺樹(shù)制備高粘度聚己內(nèi)酰胺樹(shù)脂的工藝條件進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)新型催化劑Z可使得機(jī)內(nèi)酰胺的增粘速率比磷酸催化劑提高了一倍以上。</p><p>　　1.3.3 液晶聚芳酯的熔融紡絲</p><p>　　上世紀(jì)四、五十年代，人們采取熔融紡絲制造非

30、晶態(tài)高聚物，這是由于這些聚合物易熔融，易紡絲，且纖維生產(chǎn)的成本較低，可靠性高，這些產(chǎn)品至今仍占據(jù)著普通纖維的主要消費(fèi)市場(chǎng)。但是，在航天航空、國(guó)防軍工、特種產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域往往需要一些高強(qiáng)高模、耐熱性、耐酸堿性好特種纖維。為了迎合這些要求，先后開(kāi)發(fā)出了芳綸1414，芳綸1313，PBO纖維，這些纖維雖然力學(xué)性能都非常不錯(cuò)，但不抗紫外、不耐酸堿、甚至耐熱性也達(dá)不到要求。因此從上世紀(jì)七八十年代開(kāi)始，許多研究機(jī)構(gòu)、化工企業(yè)開(kāi)始了對(duì)這方面的研究，特別是如

31、荷蘭的阿克蘇諾貝爾公司，美國(guó)的杜邦公司和日本的帝人公司等。這些研究主要集中于高性能纖維的溶液紡絲，有時(shí)溶液還用到了極高濃度的硫酸等，造成生產(chǎn)成本提高、紡絲液的難以回收、環(huán)境污染等問(wèn)題。于是，就考慮是否能用熔融紡絲制備高強(qiáng)高模、耐熱、耐酸堿的特種纖維，Vectran纖維就是近年來(lái)已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的一種新型高分子熱致液晶纖維，其性能優(yōu)良，由于采用熔融紡絲，制造工藝相對(duì)較簡(jiǎn)單，且既合理又經(jīng)濟(jì)。與溶致液晶纖維及濃硫酸溶液干噴濕紡方法紡絲的工藝相

32、比，既不用回收有機(jī)溶劑和廢硫酸的復(fù)雜工藝，也沒(méi)有濃硫酸對(duì)設(shè)備的腐蝕，無(wú)環(huán)境污染</p><p>　　液晶聚酯的熔融紡絲過(guò)程與非晶聚合物的紡絲過(guò)程有很大的不同，液晶聚酯在熔點(diǎn)與清亮的之間，液晶具有可流動(dòng)的、光學(xué)各向異性結(jié)構(gòu)，在此溫度范圍內(nèi)，缺乏足夠的能量使每個(gè)分子像液體中那樣自由轉(zhuǎn)動(dòng)，而是形成由平行排列的分子組成的微區(qū)，通常會(huì)形成向列型液晶，取向方向與分子的長(zhǎng)軸平行。就可加工性而言，熱致性液晶聚合物在剪切應(yīng)力的作用

33、下通常使分子取向，并呈現(xiàn)長(zhǎng)的取向松弛時(shí)間，這些是液晶聚合物區(qū)別于普通聚合物的主要特征。當(dāng)熱致性液晶聚合物在高剪切應(yīng)力下擠壓通過(guò)噴絲孔時(shí)，其分子高度取向，由于松弛時(shí)間長(zhǎng)，冷卻固化過(guò)程中取向結(jié)構(gòu)幾乎完全被保持， 因此，通過(guò)熔融紡絲就可得到高性能熱致性液晶聚酯纖維。</p><p>　　從技術(shù)觀點(diǎn)看，熱致性液晶聚合物紡絲可采用以下三種工藝：較低分子量聚合物紡絲，此種方法操作頗為簡(jiǎn)單，但所得初生纖維強(qiáng)度低，為獲得高性能，

34、需要長(zhǎng)時(shí)間的熱處理；第二種方法，高分子量聚合物在熔點(diǎn)以上溫度紡絲，此種方法把分子量提高到仍能確?？杉徯缘淖罡咚剑诟邷睾透呒羟兴俾氏逻M(jìn)行紡絲以降低熔體粘度，因?yàn)榧徑z所用原料分子量已經(jīng)非常高了，熱處理過(guò)程中的固相聚合時(shí)間可以適當(dāng)?shù)目s短，此工藝的關(guān)鍵點(diǎn)在于所用聚合物要有較好的熱穩(wěn)定性；第三種方法是由Zimmerman研究的，高分子類(lèi)液晶聚合物△Hc不大于10J/g。紡絲溫度不大于熔點(diǎn)、不小于凝固點(diǎn)，初生纖維在比較低的速度下卷繞，這種方法所

35、紡纖維初生強(qiáng)度高，只需要較短的時(shí)間熱處理，引起了許多人的注意。</p><p>　　1.3.3 Vectran纖維性能</p><p>　　熱致液晶聚芳酯纖維是一種具有高強(qiáng)高模、耐高溫、自阻燃、耐化學(xué)試劑、耐輻射、尺寸穩(wěn)定性強(qiáng)等綜合性能優(yōu)異的高科技纖維，從表1-3可以看出，它的強(qiáng)度超過(guò)了18cN/dtex，達(dá)到了特種纖維標(biāo)準(zhǔn)，綜合力學(xué)性能比芳綸纖維略高，而且尺寸穩(wěn)定性?xún)?yōu)良，基本不吸水。另外

36、，與目前傳統(tǒng)三大高性能纖維（芳綸、超高分子量聚乙烯、碳纖維）相比，是唯一一種采用熔融紡絲方法制備的高性能纖維，成本較低、污染小，且該纖維無(wú)需后拉伸等工藝，只需通過(guò)熱處理來(lái)進(jìn)一步提高其模量、強(qiáng)度和使用溫度等。</p><p>　　表1-3： 芳綸纖維與液晶聚芳酯纖維性能比較</p><p>　　1.4液晶聚芳酯纖維的應(yīng)用</p><p>　　1.4.1 高溫濾料<

37、;/p><p>　　熱致性液晶聚芳酯作為一種高性能纖維應(yīng)用于高溫濾料行業(yè)有著許多優(yōu)勢(shì)。首先它耐高溫，在250℃時(shí)它的力學(xué)性能比常溫下的PPS纖維的力學(xué)性能還優(yōu)異；另外它耐化學(xué)腐蝕，對(duì)于發(fā)電廠(chǎng)、水泥制造廠(chǎng)等較為復(fù)雜的環(huán)境下，它能夠保持優(yōu)良的性能；它基本上不吸水，蠕變小，尺寸穩(wěn)定性良好，因此編織成濾料后形狀與性能能夠基本保持穩(wěn)定；它優(yōu)異的抗日光老化性能，使得濾料在長(zhǎng)時(shí)間使用后還能夠保持優(yōu)異的力學(xué)性能。另外，這種纖維采用熔

38、融紡絲進(jìn)行制備，節(jié)能環(huán)保，成本低廉。因此，此種纖維應(yīng)用于高溫濾料行業(yè)，前景十分的廣闊。</p><p>　　1.4.2 宇航和軍事</p><p>　　熱致液晶聚芳酯纖維首次使用是在軍事上的應(yīng)用，它的獨(dú)一無(wú)二的性能滿(mǎn)足現(xiàn)今宇航和軍事上的需要。事實(shí)上，1977年7月熱致液晶聚芳酯纖維被美國(guó)國(guó)家航空和宇航局選用為制作“火星探險(xiǎn)者”號(hào)登陸車(chē)的特殊安全氣袋，以實(shí)施安全車(chē)的軟著陸。2004年，熱致液

39、晶聚芳酯纖維制作的特殊安全氣袋又一次用在“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)火星探測(cè)車(chē)上。目前太空中的空間站或大部分在外星球建立基地的構(gòu)想，都是采用固體材料作為主要結(jié)構(gòu)材料。該類(lèi)材料由于體積、重量、成本等原因，建成的結(jié)構(gòu)必須盡可能小，這就導(dǎo)致空間站的空間狹小、組裝、維護(hù)困難。太空或外星空間都是真空或低氣壓環(huán)境，所以完全可以使用氣囊來(lái)構(gòu)建更大的活動(dòng)空間。只需維持相當(dāng)于地球、甚至低于地球的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，氣囊便會(huì)撐起一個(gè)相對(duì)寬松的活動(dòng)空間，完全打破了火箭負(fù)載

40、寬度的限制，宇航員可以擁有自己的單獨(dú)的房間、且不用穿太空服。氣囊材料可以采用熱致液晶聚芳酯纖維進(jìn)行編織。</p><p>　　1.4.3 工業(yè)上應(yīng)用</p><p>　　熱致液晶聚芳酯纖維的化學(xué)穩(wěn)定性使它可用來(lái)制造耐化學(xué)試劑的包裝及墊片材料。熱致液晶聚芳酯纖維的耐割、耐刺、耐揉、耐折、耐高溫，以及漂白劑存在下能經(jīng)受反復(fù)洗滌和干燥的性能適合于制造防護(hù)手套和防護(hù)工作服。芳綸不耐漂白粉，UHMW

41、PE纖維不耐干燥時(shí)的高溫，高溫會(huì)使強(qiáng)度下降、收縮變形。所以熱致液晶聚芳酯纖維有較高的性?xún)r(jià)比。</p><p>　　1.4.4 繩索和電纜</p><p>　　熱致液晶聚芳酯纖維的高強(qiáng)度而無(wú)蠕變的特性使得人們能夠制造高性能繩索，它在拉伸負(fù)荷下很穩(wěn)定。優(yōu)異的耐磨性能、抗?jié)裥阅芤约斑@些性能在很寬的溫度和化學(xué)環(huán)境范圍內(nèi)均能保持的特性解決了現(xiàn)有纖維應(yīng)用于嚴(yán)酷海洋環(huán)境、軍事、工業(yè)方面的磨蝕和降解問(wèn)題。