芳香族聚酰胺纤维的热分析一

第五届全国高聚物分子表征学术讨论会广州２００６年１２月１１－－－１４日

芳香族聚酰胺纤维的热分析（一）

（东华大学纤维材料改性国家重点实验室，上海，２００５１，－—ｗｘｖ＠ｍａｉｌ．—ｄｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ）王新威胡祖明刘兆峰

芳香族聚酰胺纤维分子链中含苯环，结构由于共振而稳定，在较高温度下能保持纤维的性状，可广泛应用于要求高温的环境中【１】。它的典型代表是聚间苯二甲酰间苯二胺纤维（ＰＭＩＡ）和聚对苯二甲酰对苯二胺纤维（ＰＰＴＡ）【２Ｊ。本文通过ＴＧ－ＤＴＡ／ＭＳ（ＳＴＡ４４９Ｃ，Ｎｅｔｚｓｃｈ，Ｇｅｒｍａｎｙ）对ＰＭＩＡ（Ｎｏｍｅｘ）与ＰＰｌＡ（Ｋｅｖｌａｒ）进行受热过程分析。并对二者由于酰胺键与苯环连接方式不同所造成的热性能区别进行探讨。

对ＰＭＩＡ和ＰＰＴＡ在氩气和空气两种气氛下进行热失重分析。测试中样品的加热速率均为１０℃／ｍｉｎ，加热范围从３０℃到１０００℃。

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Ｆｉｇｕｒｅ１ＳＴＡａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｄｕｎｎｇＰＭＩＡｐｙｒｏｌｙｓｉｓ（ａ：ｉｎａｒｇｏｎ，ｂ：ｉｎａｉｒ）

图１ＰＭＩＡＳＴＡ热分析结果（ａ：氩气中，ｂ：空气中）

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Ｆｉｇｕｒｅ２ＳＴＡａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｄｕｒｉｎｇＰＰＴＡｐｙｒｏｌｙｓｉｓ（ａ：ｉｎａｒｇｏｎ，ｂ：ｉｎａｉｒ）图２ＰＰＴＡＳＴＡ热分析结果（ａ：氩气中，ｂ：空气中）

第五届全国高聚物分子表征学术讨论会广州２００６年１２月１１～１４日

图１、图２分别为ＰＭＩＡ与ＰＰＴＡ的热性能分析结果。从图１中可以看到，１００℃以下为分子间水份的释放，在１００到１０００℃之间ＴＧ曲线均表现３个质量损失的台阶。在氩气中，ＤＴＧ曲线上分别在３０８．２℃、４５０．０℃、５３４．８℃上出现失重峰，对应失重率分别是３．４６％、１２．２６％、２８．４４％：而在空气中，ＤＴＧ失重峰则分别出现在３０７．７℃、４２５．０＊Ｃ、６０８．２℃，此时失重率分别为５．６％、１１．５０％、７６．１０％。到１０００℃，在氩气与空气中的失重率分别为４５．６３％与９９．５％。图２中关于ＰＰＴＡ的热分析，情况有所不同，在氩气条件下，１００到１０００℃之间，ＰＰＴＡ仅在５７９．８℃出现一个失重峰，此时的失重率为３９．７４％，到１０００＊Ｃ最终的失重率为５９．７３％，高于ＰＭＩＡ在相同条件下的失重。在空气条件下，分子间的脱水峰出现在１１０．５℃，热失重分两步进行，５７０℃出现一个大的失重峰，在６９４．２℃处又有一失重阶梯，两处的失重率分别为３９．４％、９２．７２％，１０００℃时的失重率则为９８．４２％。

另外，对于ＰＭＩＡ与ＰＰＴＡ的ＤＴＡ曲线，在氩气条件下，呈现吸热与放热的起伏，而总体以吸热为主；ＰＭＩＡ出现两个波形的吸热台阶，ＰＰＴＡ也以尖锐５８２．３℃的峰将吸热曲线分成两波。在空气条件下，则相反，均以放热为主导，其中ＰＭＩＡ在４２７．０＂Ｃ处出现一个放热台阶、后直到６１８．ＯｏＣ出现放热极值，ＰＰＴＡ则分别在６１８．１℃、６８１．５℃、７０５．７℃处有三个放热峰。

对于ＰＭＩＡ与ＰＰＴＡ二者在氩气条件下的失重台阶与失重率的不同是由于二者在热分解过程的机理不同导致【３】，ＰＭＩＡ与ＰＰＴＡ的热分解过程都由水解、均裂等引起，其中均裂的影响很大，但由于ＰＰＴＡ较ＰＭＩＡ刚性的分子链，在前期不因水解产生最大影响而失重，后期则由于均裂的程度大于ＰＭＩＡ而失重增强。在空气中的热失重，由于氧气的影响，无论是水解还是均裂，其产物都会因氧气的存在而发生氧化以及进一步的反应，在前期的热失重就超过在氩气条件下，整个反应过程表现为放热，说明氧化产物的生成，而且随着温度增加，氧气参与反应的程度大大增强，最终导致两高聚物几乎完全失重。

参考文献：

１．ＳｅｒｇｅＢ，ＸａｖｉｅｒＥＨｅａｔＲｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄＦｌａｍｍａｂｉｌｉｔｙｏｆＨｉｇｈＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＦｉｂｅｒｓ：ＡＲｅｖｉｅｗ．ＦｉｒｅＭａｔｅｒ，２００２，２６：１５５

２．ＹａｎｇＨＨ．ＡｒｏｍａｔｉｃＨｉｇｈ—ＳｔｒｅｎｇｔｈＦｉｂｅｒｓ．ＵＳＡ：ＡＷｉｌｅｙ—Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅｐｕｂｆｉｃａｔｉｏｎ，１９８９：３３，３

ａ３．ＡＨｏｒｔａ，ＪＣｏＣａａｎｄＦＶＤｉｅｚ．ＤｅｇｒａｄａｔｉｏｎＭｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄＫｉｎｅｔｉｃｓｏｆ

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ＴｈｅｒｍａｌＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＡｒｏｍａｔｉｃＰｏｌｙａｍｉｄｅＦｉｂｅｒｓ（Ｉ）

ＷＡＮＧＸｉｎ—Ｗｅｉ，ＨＵＺｕ Ｍｉｎｇ，ａｎｄＬＩＵＺｈａｏ—Ｆｅｎｇ

（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＭｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＦｉｂｅｒｓａｎｄＰｏｌｙｍｅｒＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｄｏｎｇｈｕａ

Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ，２０００５１，ｗｘｖ＠ｍａｉｌ．ｄｈｕ．ｅｄｕ．ｃａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｏｌｙ（ｍ—ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｉｓｏｐｈｔｈａｌａｍｉｎｅ）（ＰＭＩＡ）ａｎｄＰｏｌｙ（ｐ—ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｔｅｒｐｈｔｈａｌａｍｉｎｅ）（ＰＰＴＡ）ａｒｅａｍｏｎｇｔｈｅｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｈｉｇｈ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｅｓｉｓｔａｎｔａｒａｍｉｄｆｉｂｅｒｓ．Ｔｈｅｐｙｒｏｌｙｓｉｓｂｅｈａｖｉｏｒｓｏｆｔｈｅｓｅｔｗｏｆｉｂｅｒｓｕｎｄｅｒａｒｇｏｎｇａｓｅｓａｎｄａｉｒｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｕｓｉｎｇｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＭＩＡ，ＰＰＴＡ，ＴＧＡ，Ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ，ＭａｓｓｌｏｓｓＢ一３３