概述^[1]

聚对苯二甲酰对苯二胺为对苯二胺与对苯二甲酰氯缩合聚合而成的全对位聚芳酰胺，具有刚性链结构。它能形成各向异性的高分子液晶溶液，用于纺丝，可得性能特别优异的高强度、高模量纤维，商品名为Kevlar纤维，中国称为芳纶纤维。在1958年界面缩聚研究初期，已有关于这种全对位聚芳酰胺合成的报道。70年代初，采用在强极性酰胺类溶剂中进行低温溶液缩聚，才合成高分子量的聚合物。

性能特点^[2]

在现存高性能纤维中，聚对苯二甲酰对苯二胺是综合性能最佳有机纤维，其杰出性能特色是耐高温、高强和高模；同时它还拥有耐磨、阻燃、防割、抗疲劳和柔韧性好等优点，以下部分将详细介绍：

1)力学性：高强度和高模量是聚对苯二甲酰对苯二胺纤维最重要的力学性能。例如，Kevlar纤维的强度为钢丝的3倍，约为涤纶丝的4倍；其初始模量约为涤纶丝的4~10倍，比尼龙丝高10倍以上。

2）热性能：聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的另一个特色是耐高温。如表1所示，聚对苯二甲酰对苯二胺的玻璃化转变温度和热分解温度分别高于270℃和430℃。

3）阻燃性：聚对苯二甲酰对苯二胺拥有比较高的燃烧温度和LOI（极限氧指数）值，500~600℃的高温很难将其点燃，属于性能优异的阻燃材料，表1的数据证实了上述观点。

4）耐气候性：聚对苯二甲酰对苯二胺对紫外线和电子射线极为敏感，可见光对其影响程度较小。波长300~450nm的光易被聚对苯二甲酰对苯二胺吸收，造成分子链中的酰胺基团裂解，导致材料性能下降。

5）抗蠕变性能：由于聚对苯二甲酰对苯二胺拥有高结晶性和单向性，所以它的蠕变性很低。虽然聚对苯二甲酰对苯二胺存在着一些不足，但是从综合情况分析，聚对苯二甲酰对苯二胺仍然是一款性能优异的聚合物材料。

应用^[2]

Kevlar纤维主要有三个品种：①Kevlar纤维：主要用作轮胎帘线和橡胶制品补强材料；②Kevlar-29纤维：用于特种绳索和工业织物；③Kevlar-49纤维：用作塑料增强材料，如航天材料和导弹壳体材料等。

1. 航空和交通领域

聚对苯二甲酰对苯二胺复合材料用作火箭和飞机的结构材料，它可以减轻自重且增加载荷。聚对苯二甲酰对苯二胺复合材料还应用于汽车部件（例如传动轴、车身底盘、车门、面板和水箱等）。

2.军事领域高模量

聚对苯二甲酰对苯二胺的能量传播速度是高强锦纶的4倍。碳纤维虽然具有很高的强度、模量，但其脆性限制了其作为软质防弹衣的应用。高强聚乙烯纤维有超高强度和模量，极适合软质防弹材料的应用，但防弹材料阻止弹丸侵人过程中有时会产生相当多的热量，聚合物的熔融层有可能促进弹丸的侵人。因此，聚对苯二甲酰对苯二胺纤维具有无可比拟的优越性，可以提供更高的摩擦阻力。

3. 建筑领域

聚对苯二甲酰对苯二胺具有高强度、高模量、低延展性和电绝缘等优异性能，是建筑用复合增强材料得理想选择。聚对苯二甲酰对苯二胺复合材料除了具有高强度、高模量和耐腐蚀的特点外，还具有较强的耐碱腐蚀、不导电、抗冲击、抗疲劳等性能，使广泛应用于海港码头、地铁、隧道及铁路等工程。

制备^[3]

聚对苯二甲酰对苯二胺的合成方法大致可分为以下几种。

1. 界面缩聚法

界面缩聚法相关文献于1959年由DuPont公司最先发表。将二羧酸酰氯(如对苯二甲酰氯(TPC))溶解在与水不相溶的有机溶剂中，再将二元胺(如对苯二胺(PPD))溶于水中(加少量NaCO3或NaOH，以吸收反应生成的盐酸)，然后将上述2种溶液混合，在混合的瞬间，就在2种液体界面上发生缩聚反应，生成聚合体薄膜，因反应在界面上进行，所以称为界面缩聚。在界面缩聚反应时，单体及聚合物的浓度分布见图。

移去界面附近形成的高聚物薄膜，界面处将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，还需要搅拌。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℃，生成的高聚物经分离而得。在这种合成方法中，合适的有机溶剂、反应物的浓度比都是较重要的因素。该方法有重大的理论意义，但不能连续化生产，且到了反应后期聚合物的相对分子质量减小，因而得不到实际应用。

2. 酯交换

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，将芳香族二芳酸二芳酯和芳香族二胺进行加热缩聚反应。反应温度高于150℃，最优为180~400℃，反应时间是2~30h，为加速反应，可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，因此其应用受到很大限制。

3. 气相聚合法

将芳香族二胺和芳香族二酰氯汽化，并在惰性气体和气态叔胺类化合物(如三乙胺或吡啶)存在下进行混合，然后在管式反应器或担体式反应器中进行气相缩聚反应，单体物质的量分数为2%~50%，反应温度150~500℃，反应时间0.1~5s，然后经过冷却、分离除去氯化氢得到聚合物。此法制得的芳香族聚酰胺，可以经过干法、湿法或干-湿法纺制成纤维。

低温溶液缩聚法低温溶液缩聚法是目前合成聚对苯二甲酰对苯二胺最成熟的合成方法。已工业化的Kevlar、Twaron、Technoral纤维的合成均采用此法。该方法工艺流程见图。

主要参考资料

[1] 中国大百科全书（化学卷）

[2] 聚对苯二甲酰对苯二胺在国内的应用发展

[3] 聚对苯二甲酰对苯二胺的合成方法