現有高分子防護服材料的對比分析摘要本文就目前的間位芳綸、聚酰亞胺纖維、酚醛樹脂纖維、聚苯硫醚纖維這幾種高分子防護服材料進行了研究，討論了其制備工藝，對比了國內外的發展狀況，并且就目前的發展趨勢對未來提出了展望。關鍵詞：高分子、防護服、間位芳綸、聚酰亞胺纖維、酚醛樹脂纖維、聚苯硫醚纖維目錄摘要 -1-第一章緒論 -1-第二章間位芳綸 51.1間位芳綸的結構與性能 51.1.1結構 51.1.2性能 61.2PMIA聚合物的制備方法 61.2.1低溫溶液縮聚法 61.2.2界面縮聚法 71.2.3乳液聚合法 71.2.4氣相縮聚法 81.3PMIA纖維的紡絲成型 81.3.1干法紡絲 81.3.2濕法紡絲 81.3.3干噴濕紡法 91.3.4靜電紡絲 9第二章聚酰亞胺纖維 112.1聚酰亞胺纖維的結構與性能 112.2聚酰亞胺纖維的制備方法 112.2.1一步法 112.2.2兩步法 13第三章酚醛樹脂纖維 153.1酚醛樹脂纖維的結構與性能 153.1.1結構 153.1.2性能 153.2酚醛樹脂纖維的制備工藝 163.2.1熔融紡絲 173.2.2濕法紡絲 173.2.3靜電紡絲 18第四章聚苯硫醚纖維 194.1聚苯硫醚纖維的結構與性能 194.1.1結構 194.1.2性能 194.2制備方法 214.2.1國外 214.2.2國內 21第五章總結與展望 24參考文獻 25第一章緒論防護服是一種能將可能危害人體健康的物理、生物、化學等因素與人體隔離的功能性服裝，隨著人類社會的發展，科學技術的飛速發展和工業的飛速進步，人們的關注和需求從最初的軍事領域到生產活動，再到生活領域，防護服主要涵蓋工業服裝、公用事業和日常防護服。阻燃防護服、電磁防護服、紫外線防護服、防塵口罩、運動服、運動服、運動褲、，當然，隨著社會經濟的快速發展，人類的健康觀念也在發生著變化。安全和個人健康變得越來越重要。這就是為什么防護服產品引起人們的關注，引起消費者和各類媒體的興趣，中國是服裝和消費防護服的主要生產國。其產量為數百萬套，而對特殊防護服的需求是一千萬套。穿著防護服是特殊環境下人們的一種健康防護措施。根據不同的應用場景，可分為消防服、工業服和醫療防護服。消防防護服是消防員在近距離穿越火災現場時最高級的熱防護服。在開展救援人員和重要物資的行動時，其熱性能的有效性直接決定了消防員的安全是否得到充分保障。然而，由于缺乏適用于防火服的標準，其防護性能的可持續性未獲批準。在國際上，防火服幾乎是一次性的，購買價格相對昂貴，因此在實際消防和救援工作中的應用有限。作為現役消防員的最高級別的熱防護服，火險服的應用狀態是如此可怕。因此，需要對防火服的熱防護性能進行全面深入的研究，并且需要開發改進熱防護性能的途徑和方法。由于時代的進步，各種環境條件的變化，我們的消防防護服必須滿足消防隊伍對各種應用場景的需求，因此，其性能要求如下所示1.永久阻止燃燒的能力眾所周知，在火場條件下，與火和高溫等最直接接觸的就是消防防護服的最外層，因此消防防護服最外層的阻燃能力也就決定了一款消防防護服的優秀與否。目前來看，制備優異的阻燃面料有兩種方法（1）將化學涂料與衣物面料相結合，即，使用吸附沉淀、分子鍵原子鍵的相互結合、或者直接用粘連作用將可阻燃的化學涂層附著在面料上，以達到使面料可阻燃的效果（2）提高面料本身的阻燃性能，提高其熱穩定性、熱分解性能等等，比如在大分子鏈中引入芳環或芳雜環，線形大分子之間反應變成三維交聯結構等。上述的兩種方法，第一種方法的關鍵在于高分子阻燃涂層產品的研究發展與將涂層與面料相結合的工藝進步，第二種方法的關鍵則是高阻燃性能纖維等材料的研究與進步。阻燃劑則是一種涂敷在面料上，能降低面料可燃性的物質，它可以有效延緩火焰的燃燒速度，提高面料的使用時長與使用周期，在熱源被移除之后能很快地自我熄滅，不再有陰燃的狀態。阻燃劑的分類，從反應機理可分為反應型和添加型；按化學結構可分為有機阻燃劑和無機阻燃劑。通常我們會使用第Ⅲ主族的硼鋁元素、第Ⅳ主族的氮磷等以及第Ⅶ主族的氯溴等元素組成的化合物作為阻燃劑。2.優秀的透氣以及防潮防水能力眾所周知，在很多情況下，消防員在火災現場會使用大量的水來撲救火災，所以如果消防防火服并不能防潮防水的話，會對消防員的人身健康帶來各種不穩定的因素如：（1）若是在冬季或者溫度很低的場合進行火場救援，不放水的防護服就會使消防員凍傷；（2）當消防防護服被水浸透時，火場的高溫會使水分瞬間變成高溫的水蒸氣，容易使消防員燙傷；（3）若是消防防護服被水浸透，很明顯會增加消防人員的承重，影響靈活性和舒適性，所以消防服必須有一定的防水性能。在火場救援時，火場溫度非常高并且消防員的運動量大，很容易促使消防員進行大量的排汗。若是穿戴上透氣性差或者沒有透氣性的防護服，就極容易使處于極端場所的消防員們感到悶熱、窒息、出現生命危險。就目前而言，要解決防火消防服的透氣性問題，我們通常會使用復合微孔狀四氟乙烯膜來作為消防服的阻燃層。復合微孔狀四氟乙烯膜具有耐高溫的優異性能，我們只需要將復合微孔狀四氟乙烯膜的微孔的直徑控制在一定的范圍內，就可以使消防防護服的面料達到即防水防潮又透氣的性能。目前復合微孔狀四氟乙烯膜已經大量運用在我國的各式消防防護服中，保護著我們消防戰斗官兵們的生命健康。3.優異的隔絕高溫的能力據資料表明，火場的溫度在60℃-1200℃之間，而輻射熱在1.5Kw/m2-200Kw/m2,所以在要在火場進行救援等措施就必須穿戴具有優秀熱防護性能的防火服。要想使消防防護服能適應火場的高溫，若只有一層阻燃層很明顯是不夠的，我們需要更多的保護措施。但是如果通過增加涂料厚度又會增加成本，并且使防護服的透氣性能下降。所以消防服發展至今，新型的消防防護服通常會使用阻燃性能較為優異的短纖維來作為面料，目前對這種短高阻燃性能的短纖維的研究，已經運用到消防防火服中，在各種消防場景中大放異彩。4.防靜電性能靜電是無處不在的，但是在一些非常規環境下，靜電的存在就會十分危險，例如在石油化工等工作環境中，靜電十分容易成為點火的途徑，引起火災，放靜電纖維不僅可以使消防人員在極端環境和條件下更安全而且可以使防火消防服具有穿戴舒適，可使用時間更長得優點。例如作為杜邦公司主推的P-140碳纖維就可以消除靜電，它的作用原理是將面料上的電荷與纖維中的碳芯上的電荷相互吸引，當碳芯上的電荷達到一定的數量時，周圍的分子就會分離出能中和碳芯電荷的電荷從而達到消除靜電的目的。5.防護服整體的可動性與協調性消防服不僅要有良好的隔熱性能，而且要輕量化，便于使用和卸下，結構松弛，在消防員進行防火救援以及日常演練的時候不應該出現限制運動的情況；在受力較大的部位和容易受傷的部位如膝、肘、襠、胸、肩等處的縫線和結構上采取加強措施。過去，在檢查消防員的防護服時，一般都是以制作服裝材料的阻燃性能來判定熱防護性能的優劣，但這只是一個方面，不能完全反映服裝整體的熱防護性能。許多發達國家在制定消防防護服的阻燃性能標準以外還制定了其他針對消防防護服的各項性能指標，例如上面提到的隔熱性能，結構完整性能，防水防潮性能，透氣性能，以及反映綜合熱防護性能的TPP（熱輻射和熱對流混合作用防護性能測試）法和Thermoman（熱力人體模型）法。其中Thermoman法是利用假人等人體模型再穿戴上需要測試的防護服，在實驗室模擬了可控快速燃燒的實驗條件，而熱源通過消防服傳遞到人體各個部位的溫度則是利用人體模型上布置的眾多的傳感器測量與計算出來的，最后得出人體承受二度和三度燒傷的面積及部位，來評價服裝對人體的熱防護效果。我國于上世界九十年代開展了《消防員防護服裝整體熱防護性能評價研究》的研究項目，此項目由上海消防科學研究所承擔，經過兩年時間，完成了項目研究。《消防員防護服裝整體熱防護性能評價研究》項目是我國首次與國際接軌使用Thermoman法來評定消防防護服的熱性能，這不僅對消防防護服的材質與結構整體性進行了測定，還對使用者的表皮燒傷程度進行了測定，跨出了我國在對消防防護服材質等的研究的一大步。工業防護服的應用場景非常廣泛，主要分為隔熱和通風兩種，隔熱防護服主要由氣密抗病毒薄膜材料組成，它能將人體與外界環境隔離開來，防止因接觸有毒有害物質如毒物、生物武器而造成損害，放射性落灰等。丁基橡膠和鹵化丁基橡膠是軍用絕緣防護服的主要材料。它能漏風、漏水，阻擋有毒試劑和蒸汽進入人體，與緊身防護服相比，透氣防護服舒適性更好，但防護效果較弱。消防人員除了穿戴防火服外，化學防護服也是必備的裝備之一。化學消防服是消防人員在發生火災或事故時保護自己免受危險化學品或腐蝕性物質侵害的一種防護服，因此耐腐蝕性也是防護服使用材料的必備性能。同時影響化學防護服性能的因素還有密封性能等等，化學防護服分為輕型防護服和重型防護服。輕型防護服通常是將PVC涂層涂敷在尼龍材料上，其在重量上有優勢，防護效果好，適合危險場所全身防護，可防止酸堿傷害。一般來說，它不需要呼吸器，重量約為5kg。重型防護服則是采用耐化學腐蝕的高性能復合纖維制成，具有優異的抗撕裂性、附著力、耐磨性、阻燃性、耐熱性、絕緣性、防水性，具有密封等性能，可用于各種有毒有害液體、氣體、煙霧等固體化學品、生物毒素、軍用氣體和核污染。氯丁橡膠是制備氣密型防護服的主要聚合物材料，對各種化學品具有防腐作用，非常適合在寒冷和高溫環境中工作。重型防護服通常配有通風設備，防護服的重量通常約為6kg。在各類醫務人員進入醫療衛生區域例如手術室等環境下所需要穿戴的防護服我們稱之為醫療防護服。B類病人、醫院訪客、進入感染區域的人員等。其主要功能是將細菌、有害的超細粉塵、酸堿溶液、電磁輻射等隔絕在人體外。以確保人員安全和保持環境清潔。隨著社會的進步與科技的發展，用于防護服制備材料也發生了日新月異的變化。目前，高分子材料已經作為防護服的主體材料，其應用也十分廣泛。第二章間位芳綸聚間苯二甲酰間苯二胺縮寫為PMIA，又稱間位芳綸，我國命名為芳綸1313。作為一種特種纖維，具有其它普通材料所無可比擬的優良性能，應用范圍非常廣泛，如易燃易爆環境下工作人員使用的防護服，高溫防護服已廣泛應用于電氣、鋼鐵、石油、核、金屬、鉆井、化工等行業，以及賽車服、工作手套、航空航天等行業，在波音飛機、交通工具或公共建筑的國產產品中，如PMIA地毯被廣泛應用。廣泛應用于化工、電能、燃煤鍋爐、鐵冶金、鋁、建材等行業。由于長期投資成本高，技術難度大，世界上僅美國、本和前蘇聯等少數發達國家有能力進行生產，工藝技術屬于絕密，產品被視為戰略物資而嚴加管制。1.1聚間苯二甲酰間苯二胺的結構與性質1.1.1結構PMIA纖維是由連接在苯基上的氨基構成的線性高分子結構，由于其旋轉勢能相對較低，共價鍵的共軛效果不明顯，因此PMIA鏈具有柔性結構。PMIA纖維的強度及模量與普通的聚酯、尼龍相當ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>程海明</Author><RecNum>4</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1,2]</style></DisplayText><record><rec-number>4</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5e55ax2rntpxa9e50rcxaat8dx2xsp9ed0z5"timestamp="1620901217">4</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>程海明</author><author>陳敏</author></authors></contributors><titles><title>纖維化學與物理</title></titles><pages>293</pages><edition>1</edition><dates><pub-dates><date>201707</date></pub-dates></dates><publisher>四川大學出版社</publisher><isbn>978-7-5690-0994-1</isbn><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite><Cite><Author>陳蕾</Author><Year>2004</Year><RecNum>10</RecNum><record><rec-number>10</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5e55ax2rntpxa9e50rcxaat8dx2xsp9ed0z5"timestamp="1620901217">10</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>陳蕾</author><author>胡祖明</author><author>劉兆峰</author></authors></contributors><auth-address>東華大學纖維材料國家改性重點實驗室,東華大學纖維材料國家改性重點實驗室,東華大學纖維材料國家改性重點實驗室上海200051,上海200051,上海200051</auth-address><titles><title>芳綸1313纖維制備技術進展</title><secondary-title>高分子通報</secondary-title></titles><periodical><full-title>高分子通報</full-title></periodical><pages>1-8</pages><number>06</number><keywords><keyword>芳綸1313</keyword><keyword>纖維</keyword><keyword>紡絲方法</keyword><keyword>進展</keyword></keywords><dates><year>2004</year></dates><isbn>1003-3726</isbn><call-num>11-3361/O6</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[1,2]，其分子結構如圖1.1所示：圖1.1聚間苯二甲酰間苯二胺結構PMIA纖維是三線結構的一部分。從中間表面測得的苯環角為30“，在分子間相互作用下結構更穩定ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>陳蕾</Author><Year>2004</Year><RecNum>10</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[2]</style></DisplayText><record><rec-number>10</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5e55ax2rntpxa9e50rcxaat8dx2xsp9ed0z5"timestamp="1620901217">10</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>陳蕾</author><author>胡祖明</author><author>劉兆峰</author></authors></contributors><auth-address>東華大學纖維材料國家改性重點實驗室,東華大學纖維材料國家改性重點實驗室,東華大學纖維材料國家改性重點實驗室上海200051,上海200051,上海200051</auth-address><titles><title>芳綸1313纖維制備技術進展</title><secondary-title>高分子通報</secondary-title></titles><periodical><full-title>高分子通報</full-title></periodical><pages>1-8</pages><number>06</number><keywords><keyword>芳綸1313</keyword><keyword>纖維</keyword><keyword>紡絲方法</keyword><keyword>進展</keyword></keywords><dates><year>2004</year></dates><isbn>1003-3726</isbn><call-num>11-3361/O6</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[2]。PMIA鏈的結構并不簡單，這主要是由于苯胺的旋轉和C-N之間有很高的勢壘。ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Kelly</Author><Year>2000</Year><RecNum>15</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[3]</style></DisplayText><record><rec-number>15</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5e55ax2rntpxa9e50rcxaat8dx2xsp9ed0z5"timestamp="1620901228">15</key></foreign-keys><ref-typename="BookSection">5</ref-type><contributors><authors><author>Kelly,Anthony</author><author>Zweben,Carl</author></authors><secondary-authors><author>Kelly,Anthony</author><author>Zweben,Carl</author></secondary-authors></contributors><titles><title>Introduction</title><secondary-title>ComprehensiveCompositeMaterials</secondary-title></titles><pages>ix-xiv</pages><dates><year>2000</year><pub-dates><date>2000/01/01/</date></pub-dates></dates><pub-location>Oxford</pub-location><publisher>Pergamon</publisher><isbn>978-0-08-042993-9</isbn><urls><related-urls><url>/science/article/pii/B0080429939010019</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>/10.1016/B0-08-042993-9/01001-9</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[3]。1.1.2性能在PMIA的晶體結構中，氫鍵以網格的形式位于晶體的兩個平面上ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>丁娉</Author><Year>2021</Year><RecNum>1</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[4]</style></DisplayText><record><rec-number>1</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5e55ax2rntpxa9e50rcxaat8dx2xsp9ed0z5"timestamp="1620901217">1</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>丁娉</author><author>宋歡</author><author>楊清</author><author>陳磊</author><author>陳忠海</author></authors></contributors><auth-address>株洲時代新材料科技股份有限公司;</auth-address><titles><title>間位芳綸沉析纖維的制備、表征及應用</title><secondary-title>合成纖維</secondary-title></titles><periodical><full-title>合成纖維</full-title></periodical><pages>33-38</pages><volume>50</volume><number>02</number><keywords><keyword>間位芳綸</keyword><keyword>沉析纖維</keyword><keyword>制備</keyword><keyword>表征</keyword><keyword>應用</keyword></keywords><dates><year>2021</year></dates><isbn>1001-7054</isbn><call-num>31-1361/TQ</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[4]。氫鍵的強烈作用使得PMIA纖維集眾長于一身，其主要具有以下優點ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>丁雪梅</Author><Year>1997</Year><RecNum>13</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[5,6]</style></DisplayText><record><rec-number>13</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5e55ax2rntpxa9e50rcxaat8dx2xsp9ed0z5"timestamp="1620901217">13</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>丁雪梅</author><author>吳雄英</author></authors></contributors><auth-address>西北紡織工學院,中國紡織大學</auth-address><titles><title>耐高溫纖維的發展現狀及應用簡介</title><secondary-title>北京紡織</secondary-title></titles><periodical><full-title>北京紡織</full-title></periodical><pages>47-49</pages><number>01</number><keywords><keyword>耐高溫纖維</keyword><keyword>應用簡介</keyword><keyword>酚醛纖維</keyword></keywords><dates><year>1997</year></dates><isbn>1002-3348</isbn><call-num>11-2157/TS</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite><Cite><Author>鄒漢濤</Author><Year>2001</Year><RecNum>12</RecNum><record><rec-number>12</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5e55ax2rntpxa9e50rcxaat8dx2xsp9ed0z5"timestamp="1620901217">12</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>鄒漢濤</author><author>孟家光</author></authors></contributors><auth-address>西安工程科技學院,西安工程科技學院西安710048,西安710048</auth-address><titles><title>高性能纖維的性能及其應用</title><secondary-title>紡織科學研究</secondary-title></titles><periodical><full-title>紡織科學研究</full-title></periodical><pages>23-31</pages><number>04</number><keywords><keyword>高強力高模量纖維</keyword><keyword>性能</keyword><keyword>應用</keyword><keyword>現狀</keyword></keywords><dates><year>2001</year></dates><isbn>1003-1308</isbn><call-num>11-2717/TS</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[5,6]：（1）熱穩定性：耐高溫是PMIA纖維最顯著的特點，在200°C以下長期使用不會發生熔融現象，連續工作時間可長達2000h，強度僅比原來的降低約10%；在260°C的熱空氣力收縮率僅為1%，并且可以連續工作1000h，而強度僅降低原來的30%左右；短時間暴露于300°C溫度下熱收縮率為5~6%且不會發生熔融；420°C左右開始碳化，可見PMIA具有極好的熱穩定性。（2）阻燃性：PMIA纖維具有“防火纖維”的美稱，其氧限指數為28～31%，屬耐火纖維，不助燃，自熄性，這些優異的特性都源于其分子結構的本身特征。（3）電絕緣性：PMIA是公認的最佳絕緣材料，它的介電常數很低，無論是在高電、低電、高濕等各種條件下，它都能保持著優異的絕緣性質。（4）化學穩定性：PMIA的化學結構非常穩定，具有非常好的耐酸、堿等化學試劑的腐蝕、蒸汽腐蝕和水解作用。（5）機械特性：PMIA的柔性高分子結構，使其具有良好的紡織加工性能，且耐磨抗撕裂性能較好。（6）抗輻射性能：PMIA纖維具有優良的抗輻射性能，在50kV輻射下，輻照100h，纖維強度僅損失27%。1.2PMIA聚合物的制備方法1.2.1低溫溶液縮聚法制備PMIA聚合物將2-甲基-1,3-丙二醇溶解在二甲基乙酰胺溶劑中，在降低體系的溫度的同時，邊攪拌邊加入抗沖共聚聚丙烯(50~70%)，生成小分子中間體，這些小分子中間體會帶有氨基，然后再加入剩余抗沖共聚聚丙烯直到完全反應。最后將縛酸劑加入所得的產物中，這樣可以中和在反應過程中生成的HCl，最終得到了膠狀、透明狀、ηinh較大的聚合物樣品ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>王麗麗</Author><Year>2005</Year><RecNum>9</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[7]</style></DisplayText><record><rec-number>9</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5e55ax2rntpxa9e50rcxaat8dx2xsp9ed0z5"timestamp="1620901217">9</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>王麗麗</author><author>陳蕾</author><author>胡盼盼</author><author>劉兆峰</author></authors></contributors><auth-address>東華大學纖維材料改性國家重點實驗室,東華大學纖維材料改性國家重點實驗室,東華大學纖維材料改性國家重點實驗室,東華大學纖維材料改性國家重點實驗室上海200051,上海200051,上海200051,上海200051</auth-address><titles><title>芳綸1313纖維的研制</title><secondary-title>上海紡織科技</secondary-title></titles><periodical><full-title>上海紡織科技</full-title></periodical><pages>12-14+21</pages><number>01</number><keywords><keyword>芳綸1313</keyword><keyword>聚間苯二甲酰間苯二胺</keyword><keyword>高性能纖維</keyword></keywords><dates><year>2005</year></dates><isbn>1001-2044</isbn><call-num>31-1272/TS</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[7]，其反應工藝流程如圖1.2所示圖1.2低溫縮聚法制備聚間苯二甲酰間苯二胺工藝流程圖1.2.2界面縮聚法制備PMIA聚合物將抗沖共聚聚丙烯和2-甲基-1,3-丙二醇分別溶解在適量的四氫呋喃中，粘合劑溶解在蒸餾水中，然后在強烈撹拌下把聚丙烯的四氫呋喃溶液2-甲基-1,3-丙二醇倒入的四氫呋喃中，在生成白色的初聚合物之后再在更快的攪拌速率下繼續反應5分鐘，快速加入縛酸劑的水溶液以中和生成的副產物HCL，反應5分鐘，同時，低聚物進一步與有機相和水相接觸，形成白色物質。經分離、水洗、醇洗、干燥，得到白色聚合物粉末。其反應工藝流程如圖1.3所示。圖1.3界面縮聚法制備PMIA聚合物工藝流程圖1.2.3乳液聚合法制備PMIA聚合物將2-甲基-1,3-丙二醇和聚丙烯放入一種極性、非堿性的惰性有機溶劑中進行預聚，以確保兩活性單體的等摩爾比，由于反應溶劑是產物PMIA聚合物的不良溶劑，所以生成的預聚體ηinh的不高，但很穩定，ηinh為0.2dL/g。預聚階段在室溫條件下就可以進行，并且對攪拌速度、加料順序和加料速度等都沒有特殊要求。然后邊攪拌邊加入含有酸吸收劑的水溶液中和生成的副產物HCl完成反應，最后通過過濾或者離心的方式分離出白色粉末狀聚合物。1.2.4氣相縮聚法制備PMIA聚合物杜邦公司首次公布了芳香族聚酰胺氣相聚合的專利。兩種單體氣化后用惰性氣體稀釋，在150~500°C的反應器中聚合；反應時間取決于反應溫度，約為1-5s，然后通過冷卻和分離除去副產物HCl得到聚合物ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>胡楨</Author><RecNum>7</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[8]</style></DisplayText><record><rec-number>7</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5e55ax2rntpxa9e50rcxaat8dx2xsp9ed0z5"timestamp="1620901217">7</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>胡楨</author><author>張春華</author><author>梁巖</author></authors></contributors><titles><title>新型高分子合成與制備工藝</title></titles><pages>250</pages><edition>1</edition><dates><pub-dates><date>201405</date></pub-dates></dates><publisher>哈爾濱工業大學出版社</publisher><isbn>978-7-5603-4607-6</isbn><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[8]，圖1.4為其氣相聚合工藝的流程圖。圖1.4氣相縮聚法制備PMIA聚合物工藝流程圖1.3PMIA纖維的紡絲成型PMIA纖維的紡絲成型方法主要有干法紡絲、濕法紡絲、干噴濕法紡絲以及近年發展起來的靜電紡絲四種。1.3.1干法紡絲法制備PMIA纖維在DMAC中重新溶解PMIA聚合物，聚合物含量為20%，調節體系中的鈣鹽含量為9%，制備了一種單一的粘性溶液用于紡絲。濾除原液中的雜質，加熱至150°C~160°C；在300°C左右的溫度環境中紡絲，得到含有大量無機鹽的纖維；再將基纖維拉伸4～5次，可得到成品纖維。1.3.2濕法紡絲法制備PMIA纖維將配置好的紡絲原液的溫度控制在22°左右，進入DMAC/CaCl2凝固浴（體積密度為1.366，溫度為60°C中），即能得到初產物，經洗滌后在熱水浴中進行第一次拉伸至2.73倍后，在130°C條件下進行干燥，然后在320°C的熱板上進行第二次拉伸至1.45倍，制得成品的PMIA纖維。如董勤禮ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>董勤禮</Author><Year>2010</Year><RecNum>8</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[9]</style></DisplayText><record><rec-number>8</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5e55ax2rntpxa9e50rcxaat8dx2xsp9ed0z5"timestamp="1620901217">8</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>董勤禮</author></authors><tertiary-authors><author>陳蕾,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>間位芳綸濕法紡絲凝固機理的研究</title></titles><keywords><keyword>間位芳綸</keyword><keyword>擠出脹大</keyword><keyword>凝固機理</keyword><keyword>擴散系數</keyword></keywords><dates><year>2010</year></dates><publisher>東華大學</publisher><work-type>碩士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[9]等采用重量法和照相法，詳細研究了間位芳酰胺的擠出過程和擠出活化能。采用組分分析方法研究了間位芳綸的濕循環硬化機理，為在實際纖維生產過程中進行負剝離提供了理論指導。劉尊武ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>劉尊武</Author><Year>2004</Year><RecNum>11</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[10]</style></DisplayText><record><rec-number>11</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5e55ax2rntpxa9e50rcxaat8dx2xsp9ed0z5"timestamp="1620901217">11</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>劉尊武</author></authors><tertiary-authors><author>潘婉蓮,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>間位芳香族聚酰胺聚合及紡絲的研究</title></titles><keywords><keyword>間位芳香族聚酰胺</keyword><keyword>低溫溶液縮聚</keyword><keyword>雙螺桿擠出機</keyword><keyword>反應聚合</keyword><keyword>流變性能</keyword><keyword>凝固性能</keyword><keyword>濕法紡絲</keyword><keyword>結構性能</keyword></keywords><dates><year>2004</year></dates><publisher>東華大學</publisher><work-type>碩士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[10]等研究了PMIA的濕法紡絲工藝條件，紡絲過程中采用DMAC/CaCl2/H2O為凝固劑。研究了紡絲工藝會對纖維結構的性能造成什么樣影響，優化了在制備合格的纖維產品時所需要的工藝參數。1.3.3干噴濕紡法制備PMIA纖維制備高濃度紡絲溶液并加熱，以在良好的沸騰條件下將溫度升高到粘合區域。噴涂紡絲孔后，它流過空氣層，以增加噴嘴的阻力比。絲流進入有機溶劑的水溶液進行固定，然后進入鈣鹽溶液的第二浴，然后通過水洗、熱力學拉伸、空氣干燥以及干熱拉伸后得到高品質PMIA纖維ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>劉尊武</Author><Year>2004</Year><RecNum>11</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1,10]</style></DisplayText><record><rec-number>11</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5e55ax2rntpxa9e50rcxaat8dx2xsp9ed0z5"timestamp="1620901217">11</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>劉尊武</author></authors><tertiary-authors><author>潘婉蓮,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>間位芳香族聚酰胺聚合及紡絲的研究</title></titles><keywords><keyword>間位芳香族聚酰胺</keyword><keyword>低溫溶液縮聚</keyword><keyword>雙螺桿擠出機</keyword><keyword>反應聚合</keyword><keyword>流變性能</keyword><keyword>凝固性能</keyword><keyword>濕法紡絲</keyword><keyword>結構性能</keyword></keywords><dates><year>2004</year></dates><publisher>東華大學</publisher><work-type>碩士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite><Cite><Author>程海明</Author><RecNum>4</RecNum><record><rec-number>4</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5e55ax2rntpxa9e50rcxaat8dx2xsp9ed0z5"timestamp="1620901217">4</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>程海明</author><author>陳敏</author></authors></contributors><titles><title>纖維化學與物理</title></titles><pages>293</pages><edition>1</edition><dates><pub-dates><date>201707</date></pub-dates></dates><publisher>四川大學出版社</publisher><isbn>978-7-5690-0994-1</isbn><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[1,10]。1.3.4靜電紡絲法制備PMIA纖維靜電紡絲技術的實質是利用高壓電場使得中性的聚合物溶液帶上正電荷或者負電荷，液體表面形成的錐形液滴稱為“泰勒錐”。當液滴表面的分子間電荷排斥力超過液滴的張力的時候，微小的液體流就會出現在錐狀液滴的頂端，在短距離內，在電場、相分離、溶劑蒸發、凝聚等力的作用下，廢料被高速拉伸，最終沉積在接收裝置上，形成具有納米纖維的膜材料ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>鄭步青</Author><Year>2016</Year><RecNum>5</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[11]</style></DisplayText><record><rec-number>5</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5e55ax2rntpxa9e50rcxaat8dx2xsp9ed0z5"timestamp="1620901217">5</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>鄭步青</author><author>楊旭紅</author></authors></contributors><auth-address>蘇州大學紡織與服裝工程學院;現代絲綢國家工程實驗室(蘇州);</auth-address><titles><title>靜電紡PMIA/PAN共混微納米纖維膜的制備及其性能研究</title><secondary-title>現代絲綢科學與技術</secondary-title></titles><periodical><full-title>現代絲綢科學與技術</full-title></periodical><pages>124-127</pages><volume>31</volume><number>04</number><keywords><keyword>靜電紡</keyword><keyword>間位芳綸</keyword><keyword>聚丙烯腈</keyword><keyword>性能</keyword></keywords><dates><year>2016</year></dates><isbn>1674-8433</isbn><call-num>32-1812/TS</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[11]。作為PMIA的新型紡絲成型技術，我國國內對其研究也頗為廣泛，康衛民ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>康衛民</Author><Year>2016</Year><RecNum>6</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[12]</style></DisplayText><record><rec-number>6</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5e55ax2rntpxa9e50rcxaat8dx2xsp9ed0z5"timestamp="1620901217">6</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>康衛民</author><author>劉曉紅</author><author>馬曉敏</author><author>趙卉卉</author></authors></contributors><auth-address>天津工業大學紡織學院;天津工業大學中空纖維膜材料與膜過程省部共建國家重點實驗室培育基地;</auth-address><titles><title>間位芳綸納米纖維的靜電紡工藝</title><secondary-title>天津工業大學學報</secondary-title></titles><periodical><full-title>天津工業大學學報</full-title></periodical><pages>6-11+16</pages><volume>35</volume><number>01</number><keywords><keyword>靜電紡</keyword><keyword>間位型芳綸(PMIA)</keyword><keyword>耐高溫</keyword><keyword>納米纖維</keyword></keywords><dates><year>2016</year></dates><isbn>1671-024X</isbn><call-num>12-1341/TS</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[12]等以PMIA/DMAC為紡絲液，利用靜電紡絲法制備出了PMIA纖維，并針對其纖維形貌，利用單因素法研究了靜電紡絲對其的影響。通過SEM圖像分析和粒度分布，確定了PMIA電處理的最佳工藝參數：紡絲溶液質量為14%，電壓為25kV，功率速度為0.2ml/h，接收距離為16cm。為表征PMIA纖維的結構狀態和熱力學穩定性使用了紅外光譜、TG等測試方法。結果表明：PMIA轉變溫度為273°C，熱分解溫度為431°C，具有良好的熱穩定性；豐江麗ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>豐江麗</Author><Year>2019</Year><RecNum>2</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[13]</style></DisplayText><record><rec-number>2</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5e55ax2rntpxa9e50rcxaat8dx2xsp9ed0z5"timestamp="1620901217">2</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>豐江麗</author><author>韓萬里</author><author>謝勝</author><author>楊恩龍</author><author>席曼</author></authors></contributors><auth-address>嘉興學院材料與紡織工程學院;</auth-address><titles><title>靜電紡PMIA納米纖維的制備工藝優化及性能</title><secondary-title>工程塑料應用</secondary-title></titles><periodical><full-title>工程塑料應用</full-title></periodical><pages>70-75</pages><volume>47</volume><number>06</number><keywords><keyword>靜電紡</keyword><keyword>間位芳綸</keyword><keyword>納米纖維</keyword><keyword>復合過濾非織造布</keyword><keyword>工藝優化</keyword><keyword>性能</keyword></keywords><dates><year>2019</year></dates><isbn>1001-3539</isbn><call-num>37-1111/TQ</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[13]等以LiCl/N，N-二甲基胺為原料，采用電沉積法和正交實驗制備間位芳香族纖維（PMIA），通過電子顯微鏡、傅立葉變換紅外光譜和熱重量分析等來表征其形態和性能。在正交試驗優化結果的基礎上，為了獲得具有PMIA復合過濾器的織物，為了測試織物的力學性能、透氣性和過濾性，將PMIA納米濾光片與PMIA絲相結合。LiCl的濃度會嚴重影響PMIA納米纖維的結構直徑；紅外光譜顯示在3450cm-1處有一個特征峰，說明PMIA纖維的微觀結構并沒有發生任何變化。過濾阻力增加27.5%，過濾效率提高46.2%；歐陽申珅ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>歐陽申珅</Author><Year>2017</Year><RecNum>3</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[14]</style></DisplayText><record><rec-number>3</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5e55ax2rntpxa9e50rcxaat8dx2xsp9ed0z5"timestamp="1620901217">3</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>歐陽申珅</author></authors><tertiary-authors><author>姚菊明,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>靜電紡絲PMIA分子構象變化對表面性能的影響及其應用研究</title></titles><keywords><keyword>PMIA</keyword><keyword>靜電紡絲</keyword><keyword>構象變化</keyword><keyword>表面性能</keyword></keywords><dates><year>2017</year></dates><publisher>浙江理工大學</publisher><work-type>博士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[14]等為了研究在靜電紡絲法中PMIA分子鏈在電場中運動的方向，使用了諸多表征手段例如ATR-IR、Raman、ARXPS、SFG等方法，最后，研究了PMIA分子鏈中酰胺基形成的變化。第二章聚酰亞胺纖維聚酰亞胺纖維作為一種新型高性能材料。由于其具有諸多優良的性質，因此它在產業化的道路上備受關注。但是在研究初期，PI纖維的產業化道路并不順利，其生產成本高、合成工藝較為復雜，限制了其產業化發展與應用，直到上個世界90年代，伴隨著生產水平的提高、研究體系的深入，除了一些特定領域急需高性能纖維外，科學家們也開始大力研究和使用聚酰亞胺纖維。ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>盧俊典</Author><Year>2020</Year><RecNum>27</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[15]</style></DisplayText><record><rec-number>27</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5e55ax2rntpxa9e50rcxaat8dx2xsp9ed0z5"timestamp="1621042986">27</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>盧俊典</author></authors></contributors><auth-address>沈陽化工研究院有限公司;</auth-address><titles><title>聚酰亞胺纖維發展分析</title><secondary-title>化學工業</secondary-title></titles><periodical><full-title>化學工業</full-title></periodical><pages>34-36</pages><volume>38</volume><number>03</number><keywords><keyword>聚酰亞胺纖維</keyword><keyword>生產工藝技術</keyword><keyword>國內外工業化研究</keyword><keyword>應用領域</keyword><keyword>建議</keyword></keywords><dates><year>2020</year></dates><isbn>1673-9647</isbn><call-num>11-5590/TQ</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[15]。2.1PI纖維的結構與性能聚酰亞胺是一種名稱基團位于高分子鏈段的聚合物，分子鏈中含有鄰苯二甲酰亞胺的聚酰亞胺基團尤為重要ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>曹寮峰</Author><Year>2020</Year><RecNum>28</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[16]</style></DisplayText><record><rec-number>28</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5e55ax2rntpxa9e50rcxaat8dx2xsp9ed0z5"timestamp="1621042986">28</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>曹寮峰</author></authors><tertiary-authors><author>葉強,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>基于多組分反應聚酰亞胺的制備與表征</title></titles><keywords><keyword>聚酰亞胺</keyword><keyword>多組分反應</keyword><keyword>聚酰胺酸</keyword><keyword>線型結構</keyword><keyword>體型結構</keyword></keywords><dates><year>2020</year></dates><publisher>湘潭大學</publisher><work-type>碩士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[16]。聚酰亞胺多分子鏈含有苯環和含氮的五元雜環結構，同時芳雜環結構與碳氧雙鍵產生共軛效應，使主鏈分子間鍵能變大，作用力變強，在受到外界條件的作用下表現出優異的性能，聚酰亞胺纖維具有高強度、高模量、低介電性、耐高低溫、耐輻射、降低可燃性和低吸水性。在經過一定強度的電子照射后，其性能還能保持在90%左右，遠遠超過其它纖維；聚酰亞胺纖維的氧指數在35%以上遠遠大于27%屬于難燃材料，由此可見其發煙率并不高，屬于可以自我熄滅的材料。2.2聚酰亞胺纖維的制備方法目前制備聚酰亞胺纖維的常用方法是溶液紡絲（干/濕/干濕紡），即在溶液中形成初級纖維，然后通過進一步加工獲得聚酰亞胺纖維。根據紡絲溶液的不同可分為兩種方法，一步法和兩步法。2.2.1一步法制備PI纖維采用二酐與二胺單體在酚類等溶劑中反應得到可溶性聚酰亞胺溶液，然后直接采用該預聚體制備聚酰亞胺纖維。在制備過程中，由于單體在溶劑中的溶解性要稍高，因此得到的纖維的結晶度較高。同時，聚酰亞胺具有較高的分子量和強度，能夠承受高倍牽伸，使分子鏈獲得較高的取向程度，從而有利于纖維力學性能的提高。但一步法需要采用可溶性單體進行紡絲，而酚類溶劑對環境的污染較大，且在后續加工過程中溶劑難以完全脫除，因此導致一步法的發展和應用受到了限制。一步法制備聚酰亞胺纖維的過程中，需要首先制備可溶性聚酰亞胺紡絲溶液。目前，研究較多的一步法制備的聚酰亞胺纖維可按照不同二酐單體的構成分為以下幾種類型：3，3’，4，4’－聯苯四甲酸二酐（BPDA），4，4’－聯苯醚二酐（OPDA）和3，3’，4，4’－二苯酮四酸二酐（BPDA）。程正迪ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Cheng</Author><Year>1991</Year><RecNum>19</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[17]</style></DisplayText><record><rec-number>19</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5e55ax2rntpxa9e50rcxaat8dx2xsp9ed0z5"timestamp="1621042958">19</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Cheng,StephenZ.D.</author><author>Heberer,DanielP.</author><author>Janimak,JamesJ.</author><author>Lien,ShawnH.S.</author><author>Harris,FrankW.</author></authors></contributors><titles><title>Structureandthermalhistorydependententhalpyrelaxationattheglasstransitionofsemicrystallinepolyimides</title><secondary-title>Polymer</secondary-title></titles><periodical><full-title>Polymer</full-title></periodical><pages>2053-2059</pages><volume>32</volume><number>11</number><keywords><keyword>amorphousglass</keyword><keyword>apparentactivationenergy