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芳纶的合成化学方程式
摘要：
1.芳纶的概述
2.芳纶的合成化学方程式
3.芳纶的应用领域
正文：
1.芳纶的概述
芳纶，全称聚苯并咪唑酰胺，是一种高性能有机合成材料。
它具有优异的力学性能、化学稳定性、耐热性以及电绝缘性等，广泛应用于航空航天、军事、汽车、电子和环保等领域。
2.芳纶的合成化学方程式
聚苯并咪唑酰胺是由苯并咪唑单体通过酰胺键缩聚而成的高分子材料。
其合成化学方程式如下：
C8H6N2O2 → [-C8H4N2O2-]n + nH2O
其中，n 表示重复单元数量，C8H6N2O2 代表苯并咪唑单体，-
C8H4N2O2-代表聚苯并咪唑酰胺重复单元。
3.芳纶的应用领域
芳纶具有广泛的应用领域，主要包括以下几个方面：
(1) 航空航天和军事领域：由于芳纶具有高强度、高模量、低密度等优点，因此被广泛应用于航空航天和军事领域，如制造飞行器结构件、防弹衣、头盔等。
(2) 汽车工业：芳纶具有优良的热稳定性、耐油性和电绝缘性，可用于制造汽车发动机部件、刹车片等。
(3) 电子行业：芳纶在电子行业主要应用于高温电子元器件的绝缘和封装材料。
(4) 环保领域：芳纶可用于制造水处理和废气处理设备，因其具有优异的耐腐蚀性能。
综上所述，芳纶作为一种高性能有机合成材料，具有广泛的应用前景。
芳纶的结构式芳纶（Polybenzimidazole，PBI）是一种高性能高分子材料，以其优异的耐热性、耐化学性和机械性能而受到广泛关注。
它是一种聚合物，由芳香族二元酸和芳香族二元胺通过缩聚反应合成而成。
芳纶结构式如下：芳纶的分子结构中含有大量的苯环和咪唑环，这使得其具有很高的热稳定性和耐化学性。
与其他聚合物相比，芳纶具有更高的熔点和玻璃化转变温度，可在高温下保持其物理和化学性质的稳定性。
芳纶具有很高的热稳定性，其熔点可以达到400℃以上，甚至可以在600℃以上的高温下仍能保持其完整性和机械性能。
这使得芳纶在高温环境下有着广泛的应用前景。
例如，在航天、航空、汽车等领域，芳纶可以用于制造高温部件，如引擎罩、燃气涡轮叶片等。
此外，芳纶还可以用于制备高温电线、电缆和电子元件，以满足高温工作环境下的需求。
芳纶的耐化学性也是其重要的特点之一。
它可以在强酸、强碱和有机溶剂等恶劣环境中保持其物理和化学性质的稳定性。
这使得芳纶在化学工业中有着广泛的应用。
例如，芳纶可以用于制造耐酸碱腐蚀的管道、容器和阀门等设备。
此外，芳纶还可以用于制备耐化学药品腐蚀的过滤器、分离膜和催化剂载体等。
除了热稳定性和耐化学性外，芳纶还具有优异的机械性能。
它具有很高的强度和刚度，可以用于制造高强度和高刚度的结构件。
此外，芳纶还具有良好的耐磨性和耐疲劳性，可以满足各种工程应用的需求。
芳纶的优异性能使得它在各个领域都有广泛的应用。
例如，在航天航空领域，芳纶可以用于制造高温部件、阻燃材料和耐火材料等。
在化工领域，芳纶可以用于制造耐酸碱腐蚀设备和化学药品储存容器等。
在电子电器领域，芳纶可以用于制造高温电线、电缆和电子元件等。
此外，芳纶还可以用于制备防护服、防护手套和防护面罩等个人防护用品。
芳纶是一种具有优异性能的高分子材料，其独特的结构使得其具有高热稳定性、耐化学性和机械性能。
这些优良性能使得芳纶在航天航空、化工、电子电器等领域有着广泛的应用前景。
芳纶的结构式范文
芳纶（Aramid）是一种高性能合成纤维，具有极其强大的力学性能和化学稳定性，主要由聚酰胺的共轭聚合物构成。
芳纶的分子结构和它的特殊性能紧密相关。
芳纶的分子结构中含有芳香基团，是聚酰胺中酰胺基团与芳香基团直接相连的共轭化合物。
这种共轭结构赋予了芳纶高强度、高模量、高刚度和高熔点的特点。
芳纶的分子结构主要可以分为两个部分：聚酰胺骨架和芳香环。
聚酰胺骨架是由酰胺基团通过酯键相连而形成的，这个部分给予芳纶良好的韧性和延展性。
芳香环是由苯环（或者其它芳香环）组成的，这个部分给予芳纶高强度和刚性。
芳纶的分子结构中由于存在共轭键，使得宇田共轭体系成为可能。
同时，共轭键也增强了芳纶的化学稳定性，使其在高温、强酸和强碱等恶劣环境下保持稳定。
芳纶的分子结构还具有一定的晶型，主要有α型和β型两种。
α型芳纶具有较高的熔点和强度，而β型芳纶在拉伸过程中具有更高的强度和模量。
晶相结构的存在可以使得芳纶在受力时出现脆性断裂现象，但它同时也给予了芳纶在拉伸、抗压和弯曲等方向上的出色力学性能。
总结一下，芳纶的分子结构主要由聚酰胺骨架和芳香环组成。
它的特殊结构赋予芳纶高强度、高模量和高熔点的特点。
芳纶分子结构中的共轭键增强了宇田共轭体系的形成，并提升了芳纶的化学稳定性。
芳纶的分子结构还具有晶相结构，不同晶型赋予芳纶不同的性能。
芳纶的分子结构是
其出色性能的基础，使其成为广泛应用于防护、航空航天、船舶等领域的重要高性能材料。
芳纶的合成加工应用
芳纶（PAN）是一种高分子烯烃，是分子中的碳与碳之间通过共价键
形成的环状链条。
其氢原子数目为7至13个，平均C:H的比例约为1:2、目前，芳纶由汽油制品分离和气相聚合法生产，广泛用于液晶材料、电子
材料、活性聚合物的制造及服装、船舶帆布的制作等方面。
一、芳纶的合成
1.汽油分离制备：汽油分离法是以汽油为原料，运用蒸馏和萃取的原
理分出低分子量的芳烃。
这种方法得到的芳烃，含有除多碳芳烃外的烷烃、芳香烃和环烷烃等杂质。
2.气相聚合制备：气相聚合法是以硝酸盐和催化剂的作用，使烯烃发
生聚合反应，生成高碳芳烃的一种方法。
这种方法可以制备纯度在99%以
上的高碳芳烃。
二、芳纶的加工
1.热塑性加工：芳纶可以采用一系列热塑性加工工艺，如热熔成型、
板材拉挤成型、熔融成型，以及射出成型、收缩成型等。
2.加工成型：芳纶材料可以采用机械加工的方法，如切割、折弯、磨削、冲压、插件、抽出等，来制作各种零件和组件。
三、芳纶的应用
1.液晶材料：芳纶用于制造液晶材料，可以改善液晶材料的机械性能
和光学性能，使其具有更好的热稳定性和耐热性。
2.电子材料：芳纶。
芳纶的结构式介绍芳纶是一种具有特殊结构的高性能聚酰胺材料，它具有优异的力学性能、耐热性和化学稳定性。
芳纶分子结构中含有苯环和酰胺键，这种特殊的结构使得芳纶具有很高的结晶度和强韧性。
本文将深入探讨芳纶的结构式，包括其分子结构、结晶形貌、热性能和力学性能等方面。
芳纶的分子结构芳纶的分子结构是由苯环和酰胺键组成的。
苯环是由六个碳原子和六个氢原子组成的环状物质，它具有特殊的环状共轭结构，使得芳纶具有很高的稳定性和强韧性。
酰胺键是由羧酸和胺基组成的共价键，它具有较高的键能和键长，使得芳纶具有很高的热稳定性和化学稳定性。
芳纶的结晶形貌芳纶的结晶形貌是由其分子链的排列方式决定的。
芳纶分子链沿主链方向有规律地排列，形成层状结构。
每一层中的分子链相互平行，而不同层中的分子链则相互交错。
这种层状结构使得芳纶具有高度的结晶度和强韧性。
此外，芳纶分子链中的酰胺键可以形成氢键，进一步增强了芳纶的结晶性。
芳纶的热性能芳纶具有很高的热稳定性和耐热性。
它的熔点通常在300°C以上，可以在高温下保持较好的力学性能。
此外，芳纶的热膨胀系数较低，使得其在高温下具有较好的尺寸稳定性。
由于芳纶分子链中的酰胺键和苯环结构具有较高的热稳定性，芳纶可以在高温环境下长时间工作而不发生降解。
芳纶的力学性能芳纶具有优异的力学性能，包括高强度、高模量和高韧性。
芳纶的分子链具有线性排列，这种线性排列使得芳纶具有很高的强度和刚度。
此外，芳纶分子链中的酰胺键和苯环结构具有很高的键能和键长，使得芳纶具有很强的韧性和抗拉伸性。
芳纶还具有较好的抗冲击性和耐疲劳性，使得其在高强度和重复载荷下表现出很好的性能。
芳纶的应用芳纶由于其独特的结构和优异的性能，广泛应用于航空航天、国防、电子等高技术领域。
例如，在航空航天领域，芳纶常用于制作飞机结构件、导弹部件和航天器零件等。
在国防领域，芳纶常用于制作防弹材料和护甲板等。
在电子领域，芳纶常用于制作电路板和高温耐热部件等。
高性能纤维及制品——芳纶班级：纺贸0902班姓名：陈媛学号：090400618芳纶纤维一、芳纶的简介芳纶的全称为芳香族聚酰胺纤维，是一种新型高科技合成纤维，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能,其强度是钢丝的 5～6倍，模量为钢丝或玻璃纤维的2～3倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的1/5左右，在560度的温度下，不分解，不融化。
它具有良好的绝缘性和抗老化性能，具有很长的生命周期。
芳纶的发现，被认为是材料界一个非常重要的历史进程。
表1 芳纶与其它几种工业丝性能对比二、芳纶纤维的历史背景芳纶纤维的历史很短，发展很快。
由美国杜邦公司首先发明和实现工业化，20世纪60年代，美国杜邦公司首先开发出具有优良热稳定性的间位芳纶，即Nomex纤维；1966年，公司又生产出了对位芳纶，即Kevlar纤维；1972年日本帝人公司生产对位芳纶Conex纤维；1986年荷兰Akzo公司生产出Twaron纤维；1987年日本帝人公司生产出Technora纤维，而我国于1972年开始进行芳纶的研制工作，并于1981年通过芳纶14的鉴定，1985年又通过芳纶1414的鉴定，它们分别相当于美国杜邦公司的Kevlar29和Kevlar49。
1986-1990年中国发展国民经济第七个五年计划期间，北京橡胶工业研究设计院、西安交通大学、晨光化工研究院、南通合成树脂厂和上海合成纤维研究所共同承担了国家关于芳族聚酰胺树脂合成、纺丝技术开发和在橡胶工业中应用的系列科研课题，并且都完成了相应的产品开发和研制工作。
在20世纪90年代，晨光化工研究院、上海合成纤维研究所、东华大学化学纤维研究所、沈阳市红星密封材料厂等单位研制和生产的对位芳纶性能已接近国际水平。
但由于资源、成本等方面的原因，我国应用的芳纶大部分仍然依赖于进口。
1999年，山东烟台氨纶股份有限公司正式提出建设中国第一个芳纶1313工程项目，并于2001年5月份引进了俄罗斯技术。
经过艰苦的技术攻关，开发研制出了具有极高科技含量的20多种有色芳纶1313纤维，产品质量可与美国杜邦等世界一流公司媲美。
三、芳纶的生产工艺图1 生产工艺流程图1、聚合芳香族聚酞胺的合成通常采用低温溶液缩聚法。
即采用反应活性大的单体如对苯二甲酞氯和对苯二胺,在非质子极性溶剂如DMAC、NMP、HMPA等酞胺型溶剂中，在低温条件下进行缩聚反应的方法称为低温溶液缩聚法。
适合于反应活性大、热敏性高的单体,在室温以下进行反应,可以避免副反应发生,得到相对分子质量高的聚合物。
在高性能芳纶的低温聚合中,采用NMP/Cacl,聚合温度低于20℃。
合体系必须保证无水。
聚合时先将对苯二胺溶于溶剂中,在搅拌下加入等克分子比的对苯二甲酸氯,经数分钟后,体系粘度变稠,接着反应2h，然后用水进行沉析,经分离、洗涤、粉碎和干燥后,即得到需要的成纤高聚物。
缩聚反应如下式进行:2、纤维成形PPTA纤维成形技术是典型的由刚性链聚合物形成液晶性纺丝溶液的技术,采用杜邦公司发明的干喷湿纺的液晶纺丝方法,制取高强度高模量纤维,和传统的熔融纺丝、湿法纺丝及干法纺丝相比,引进了新的概念和理论基础。
PPTA不溶解于有机溶剂,但溶于浓硫酸。
溶液体系中,质量分数为20%的溶液在80℃下从固相向列型液晶相转移,到140℃时各向同性溶液相转移。
因此,PPTA的液晶纺丝喷丝板的温度在80-90℃,而且为了使液晶分子链通过拉伸流动沿纤维轴向取向,必须有足够大的纺丝速度。
凝固液的温度应控制在5℃左右,以利于PPTA大分子取向状态的保留,空气层的存在允许原液和凝固液的独立控制,使其保持较大的温差, 有利于提高纺丝速度。
纺丝原液出喷丝头后经2cm长的空气层,然后进人温度约5℃的凝固浴中。
初生纤维可不必进行拉伸,只需经充分水洗,并在150℃的空气中进行干燥,即可得到作帘子线用的高性能芳纶。
对于作复合材料的专用纤维,则需在550℃及氮气保护下进行热处理,以提高纤维的弹性模量和降低其延伸度。
四、芳纶纤维的性能特点芳纶浆粕是对芳纶纤维进行表面原纤化处理之后便得到的，其独特的表面结构极大地提高了混合物的抓附力，因此非常适合作为一种增强纤维应用于摩擦及密封产品中。
六方特种纤维----芳纶1414浆粕，浅黄色絮花状，呈毛绒状，其毛羽丰富，强度高、尺寸稳定性好，无脆性、耐高温、耐腐蚀、有韧性、收缩率小、耐磨性好、表面积大，能很好的与其它物质结合，是一种补强材料，回潮率为8%，平均长度为2-2.5mm，表面积为8m2/g。
而被用作垫片增强材料，具有较好的回弹性能和密封性能，对人体健康及环境无危害，可用作于水、油、烃类和中等强度的酸碱等介质的密封，造出的垫片具有优良的密封性能和抗蠕变松弛性能。
事实证明，通常只需添加少于10%的浆粕，得到产品的强度相当于50-60%石棉纤维增强的产品。
用于增强摩擦、密封材料等制成品，可作为石棉的替代品用于摩擦密封材料，高性能耐热绝缘纸以及增强复合材料。
表2 世界各国生产的主要芳纶性能比较五、芳纶的分类芳纶主要分为两种，对位芳酰胺纤维（PPTA）和间位芳酰胺纤维（PMIA），自20世纪60年代由美国杜邦（DuPont）公司成功地开发出芳纶纤维并率先产业化后，在30多年的时间里，芳纶纤维走过了由军用战略物资向民用物资过渡的历程，价格也降低了将近一半。
现在国外芳纶无论是研发水平还是规模化生产都日趋成熟。
在芳纶纤维生产领域，对位芳酰胺纤维发展最快，产能主要集中在日本和美国、欧洲。
如美国杜邦的Kevlar纤维，荷兰阿克苏诺贝尔（Akzo Nobel）公司（已与帝人合并）的Twaron纤维，日本帝人公司的Technora纤维及俄罗斯的Terlon纤维等。
间位芳酰胺纤维的品种有 Nomex、Conex、Fenelon纤维等。
美国的杜邦是芳纶开发的先驱，他们无论在新产品的研发、生产规摸上，还是在市场占有率上都是世界一流水平，仅他们生产的Kevlar纤维，目前就有Kevlar 一49、Kevlar－29等十多个牌号，每个牌号又有数十种规格的产品。
杜邦公司在去年宣布将扩大Kevlar纤维的生产能力，该扩建项目预计在今年年底完工。
帝人、赫斯特等芳纶生产的知名企业也不甘示弱，纷纷扩产或联合，并积极开拓市场，希望成为这个朝阳产业的生力军。
自20世纪60年代后期以来，已经有多种芳纶问世，并工业化生产。
芳纶种类比较多，其划分的方法也有多种。
第一种命名方法根据结构划分，分为对位芳纶和间位芳纶、邻位芳纶。
对位芳纶的单体是对苯二甲酸和对苯二胺，单体的上的功能团为对位，聚合得到的链段比较规整，耐高温性能好，强度、高模量。
对位芳纶主要有以杜邦的Kevlar 系列产品为代表。
间位芳纶的单体是间苯二甲酸和间苯二胺，单体的上的功能团为间位，聚合得到的链段呈锯齿型，耐高温，但强度模量都略低。
间位芳纶主要有以杜邦的Nomex系列产品为代表。
邻位芳纶的单体是邻苯二甲酸和邻苯二胺，单体的上的功能团为邻位。
邻位芳纶主要有以杜邦的Korex系列产品为代表。
第二种命名方法也是根据结构划分，如对位就是苯环上的14位置，间位就是苯环上的13位置，如芳纶14的就是对氨基苯甲酸苯环上1、4位置的连接，芳纶1414就是前面所说的对位芳纶，芳纶1313就是前面所说的间位芳纶。
第三种命名方法就是根据聚合单体的种数，如前面所说的芳纶14又叫芳纶I型，芳纶1414和芳纶1313又叫芳纶II型。
当在对苯二甲酸和对苯二胺、间苯二甲酸和间苯二胺等常见结构加入第三单元单体如4，4’-二氨基二苯醚、5（6）-胺基-2-（4-胺基苯基）苯并咪唑等得到的芳纶可称为芳纶III型。
当第三单元单体为杂环结构时，人们还常称之为杂环芳纶。
六、芳纶纤维的应用现状随着高新产业成为世界经济发展的主要目标，应用高新技术和新材料为主导的新产业，如国防、航空航天、橡胶工业、电子与通讯、汽车工业、油气田的勘探和生产、体育休闲用品等产业的发展，都将需要高性能的芳纶。
由于它的用途十分广泛，曾被称为“全能纤维”。
对位芳纶纤维是重要的国防军工材料，为了适应现代战争的需要，目前，美、英等发达国家的防弹衣均为芳纶材质，芳纶防弹衣、头盔的轻量化，有效提高了军队的快速反应能力和杀伤力。
在海湾战争中，美、法飞机大量使用了芳纶复合材料。
在航空、航天方面，芳纶由于质量轻而强度高，节省了大量的动力燃料，据国外资料显示，在宇宙飞船的发射过程中，每减轻1公斤的重量，意味着降低100万美元的成本。
除此之外，科技的迅猛发展正在为芳纶开辟着更多新的民用空间。
据报道，目前，芳纶产品用于防弹衣、头盔等约占7～8%，航空航天材料、体育用材料大约占40%；轮胎骨架材料、传送带材料等方面大约占20%左右，还有高强绳索等方面大约占 13%。
如图2图2 芳纶在各行业中应用的比例芳纶1414外观呈金黄色,貌似闪亮的金属丝线,实际上是由刚性长分子构成的液晶态聚合物。
由于其分子链沿长度方向高度取向,并且具有极强的链间结合力, 从而赋予纤维空前的高强度、高模量和耐高温特性、耐酸耐碱、重量轻等优良性能。
芳纶1414的强度大于24.6cN/dtex,是优质钢材的5一6倍,模量是钢材或玻璃纤维的2一3倍,韧性是钢材的2倍,而重量仅为钢材的1/5。
芳纶1414的连续使用温度范围极宽,在196一204℃范围内可长期正常运行。
在150℃下的收缩率为0,在560℃的高温下不分解、不熔化,其耐热性更胜芳纶1313(间位芳纶)一筹,且具有良好的绝缘性和抗腐蚀性,生命周期很长,因而赢“合成钢丝”的美誉。
芳纶1414的问世被认为是材料界发展的一个重要里程碑。
芳纶1414首先被应用于国防军工等尖端领域。
为适应现代战争及反恐的需要,美、俄、英、德、法、以色列、意大利等许多国家军警的防弹衣、防弹头盔、防刺防割服、排爆服、高强度降落伞、防弹车体、装甲板等均大量采用了芳纶1414。
现在,除了军事领域外,芳纶1414已作为一种高技术含量的纤维材料被广泛应用于航天航空、机电、建筑、汽车、海洋水产、体育用品等国民经济各个方面。
在航空航天方面,芳纶纤维树脂基增强复合材料用作宇航、火箭和飞机的结构材料,可减轻重量,增加有效负荷,节省大量动力燃料。
如波音飞机的壳体、内部装饰件和座椅等由于成功地应用了芳纶1414材料,使重量减轻了30%。
由于芳纶1414比重小,强度高,耐热性好,并且对橡胶有良好的粘附性,所以成为最理想的帘子线纤维。
除此之外,芳纶1414还可在充气胶皮制品(如充气救生筏、充气舟桥等)、耐腐蚀容器、轻型油罐及大口径原油排吸管中作骨架材料；用于制作耐高温、耐切割防护手套；利用其自润滑性、耐热性和韧性,可替代有致癌物质的石棉制造隔热防护屏、防护衣及密封材料；还可替代石棉和玻璃纤维来补强树脂,用作耐摩擦、绝热和电绝缘材料；制作舰船绳缆,海底电缆、雷达浮标系统和光导纤维增强绳缆；制造滑雪板、划艇和皮艇等高强度低重量的运动器材。
