芳纶纤维介绍.doc

芳纶纤维全称为"聚对苯二甲酰对苯二胺",英文为Aramid fiber（杜邦公司的商品名为Kevlar），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。
　　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。除了军事上的应用外，现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、体育用品等国民经济的各个方面。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%。
　　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。
　　德国Acordis公司近期开发出高性能超细对位芳纶 (Twaron)产品，它既不燃，也不会熔融，还有很高强度和极大杭切割能力，主要可用于生产涂层及非涂层织物、针织产品和针剌毡等既耐高温又抗切割的各种纺织服装装备。Twaron超细长丝的细度仅为职业安全服常用对位芳纶的60%，用它织造手套·其抗切割能力提高l0%，用它生产梭织物和针织产品，其手感更柔和，使用更舒适。Twaron防切割手套主要用于汽车制造业、玻璃工业及金属零部件生产厂，还能为森林工业生产护腿用品，为公共运输行业提供防破坏装备等。利用Twaron的阻燃耐热性，可为消防队提供防护套装和毡毯等装备，以及为铸造，炉窑、玻璃厂等高温作业部门提供耐热防火服，以及生产飞机座阻燃防火包覆材料。用这一高性能纤维还能创造汽车轮胎、冷却软管、V型皮带等机件、光学纤维电缆和防弹背心等防护装备，还能代替石棉做摩擦材料和密封材料等。

　　据有关部门统计，芳纶纤维世界总需求量在2001年为36万吨/年，而在2005年将达到50万吨/年。全球对芳纶的需求呈现不断增长的态势，芳纶作为一种新兴的高性能纤维进入了飞速发展的时期。
　　与海外芳纶纤维产业的红红火火相比，芳纶的国产化才刚刚起步。由于芳纶纤维在我国的发展起步较晚，国外公司对核心技术的封锁垄断等原因，目前我国芳纶纤维的技术水平、产品档次及生产能力都与国外发达国家存在着一定的差距。据悉，近几年，我国电子、建筑、轮胎工业迅速发展，使得我国芳纶用量迅猛增长。造成我国芳纶国产化如此艰难的原因主要有两点：一是生产的技术瓶颈难以突破；二是大部分原料需要进口，特别是国产的溶剂不能过关。但正是因为它在国内是新生事物，市场还远远没有饱和，才值得我们去关注、去开发。目前我国芳纶生产的发展已提到了议事日程，芳纶被列入国家鼓励发展的高新技术产品目录之中，政府也将"芳纶纤维在工程轮胎、同步带中应用技术开发"列为我国"十五"橡胶工业重大研究和产业化课题。特别是在间位生产线芳酰胺的开发和生产方面，我国取得了一定程度的进步。
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防火纤维—芳纶1313
　　芳纶1313最早由美国杜邦公司研制成功，并于1967年实现了工业化生产，产品注册为Nomex®(诺美克斯)。这是一种柔软洁白、纤细蓬松、富有光泽的纤维，外观与普通化纤并无二致，却集众长于一身拥有超乎寻常的“特异功能
　　持久的热稳定性。
　　芳纶1313最突出的特点就是耐高温性能好，可在220℃高温下长期使用而不老化，其电气性能与机械性能的有效性可保持10年之久，而且尺寸稳定性极佳，在250℃左右的热收缩率仅为1%，短时间暴露于300℃高温中也不会收缩、脆化、软化或者融熔，只在370℃以上的强温下才开始分解，400℃左右开始碳化，如此高的热稳定性在目前有机耐温纤维中是绝无仅有的。
　　骄人的阻燃性。
　　我们知道，材料在空气中燃烧所需氧气体积的百分比叫做极限氧指数，极限氧指数越大，其阻燃性能就越好。通常空气中氧气含量为21%而芳纶1313的极限氧指数大于28%，属于难燃纤维，所以不会在空气中燃烧，也不助燃，有自熄性。这种源于本身分子结构的固有特性使芳纶1313永久阻燃，因此有“防火纤维”之美称。
　　极佳的电绝缘性。
　　芳纶1313介电常数很低，固有的介电强度使其在高温、低温、高湿条件下均能保持优良的电绝缘性，用其制备的绝缘纸耐击穿电压可达到10万伏/㎜，是全球公认的最佳绝缘材料。
　　杰出的化学稳定性。

　　芳纶1313是由酰胺键连接芳基所构成的线型大分子，其晶体中，氢键在两个平面内排列成三维结构，这种较强的氢键作用使得其化学结构异常稳定，可耐大多高浓无机酸及其它化学品的腐蚀、抗水解作用和蒸汽腐蚀。
　　优良的机械特性。
　　芳纶1313系柔性高分子材料，低刚度高伸长特性使之具备与普通纤维相同的可纺性，可用常规纺机加工成各种织物或无纺布，而且耐磨抗撕裂，适用范围十分广泛。
　　超强的耐辐射性。
　　芳纶1313耐α、β、χ射线以及紫外光线辐射的性能十分优异。用50Kv的χ射线辐射100小时，其纤维强度保持原来的73%，而此时的涤纶或锦纶早已成了粉末。独特而稳定的化学结构赋予芳纶1313优异的性能，通过对这些特性加以综合利用，一系列新功能、新产品不断地开发出来，适用领域越来越广，普及程度越来越高。
　　特种防护服。
　　芳纶1313织物遇火时不燃烧、不滴熔、不发烟，具有优异的防火效果。尤其在突遇900-1500℃的高温时，布面会迅速碳化及增厚，形成特有的绝热屏障，保护穿着者逃生。若加入少量抗静电纤维或芳纶1414，可有效防止布料爆裂，避免雷弧、电弧、静电、烈焰等危害。用芳纶1313有色纤维可制作飞行服、防化作战服、消防战斗服及炉前工作服、电焊工作服、均压服、防辐射工作服、化学防护服、高压屏蔽服等各种特殊防护服装，用于航空、航天、军服、消防、石化、电气、燃气、冶金、赛车等诸多领域。除此之外，在发达国家，芳纶织物还普遍用作宾馆纺织品、救生通道、家用防火装饰品、熨衣板覆面、厨房手套以及保护老人儿童的难燃睡衣等。
　　高温过滤材料。
　　芳纶1313的耐高温性、尺寸稳定性以及耐化学性，使其在高温滤材领域占据主导地位。芳纶滤材广泛用于化工厂、火电厂、碳黑厂、水泥厂、石灰厂、炼焦厂、冶炼厂、沥青厂、喷漆厂以及电弧炉、油锅炉、焚化炉的高温烟道和热空气过滤，既能有效除尘，又能抵抗有害烟雾的化学侵蚀，同时有助于贵重金属的回收。
　　蜂巢结构材料。
　　用芳纶1313结构材料纸可制作仿生型多层蜂巢结构板材，具有突出的强度/重量比和刚性/重量比（约为钢材的9倍），其质量轻、耐冲击、抗燃绝缘、耐腐蚀耐老化以及良好的透电磁波性等特点，适于制作飞机、导弹及卫星上的宽频透波材料和大刚性次受力结构部件（如机翼、整流罩、机舱内衬板、舱门、地板、货舱和隔墙等），也适合于制作游艇、赛艇、高速列车及其它高性能要求的夹层结构。
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防弹纤维—芳纶1414

　　几乎与芳纶1313的发明同步，杜邦公司在上世纪六十年代末研制出另一种高性能合成纤维—芳纶1414，其商品于1972年首次问世，定名为Kevlar®(凯芙拉)。
　　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。
　　芳纶1414的发现被认为是材料界发展的一个的重要里程碑。芳纶1414有极高的强度，大于28克/旦，是优质钢材的5～6倍，模量是钢材或玻璃纤维的2～3倍，韧性是钢材的2倍，而重量仅为钢材的1/5。（芳纶1414的强韧性也使其裁切与加工异常困难，需要昂贵的专用工具）。
　　芳纶1414的连续使用温度范围极宽，在-196℃至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，耐热性更胜芳纶1313一筹，且具有良好的绝缘性和抗腐蚀性，生命周期很长，因而赢得“合成钢丝”的美誉。
　　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。在防弹衣中，由于芳纶纤维强度高，韧性和编织性好，能将子弹冲击的能量吸收并分散转移到编织物的其它纤维中去，避免造成“钝伤”，因而防护效果显著。芳纶防弹衣、头盔的轻量化，有效地提高了军队的快速反映能力和防护能力。
　　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成功地运用了芳纶1414材料，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。芳纶帘子线可使轮胎降低层薄，减轻重量，容易散热，减小形变，减轻滚动阻力，提升高速运转性能，使轮胎的使用寿命相应延长，而且耐刺扎性能大大提高，其强韧的特性使得轮胎漏气后还能行驶到修车厂而不会伤及轮胎侧面。芳纶1414特别适合作高速行驶或超重负载的汽车和飞机强化型轮胎帘子线使用，具有很大发展前途。目前世界几大轮胎巨头米其林、固特异、倍耐力等公司都已采用芳纶1414作为轮胎帘子线，大量用于高级轿车领域。
　　在土木结构工程上，由于芳纶1414具有轻质高强、高弹模、耐腐蚀、不导电和抗冲击等性能，可用于对桥梁、柱体、地铁、烟囱、水塔、隧道及电气化铁路、海港码头进行维修、补强，特别适合对混凝土结构的加固与修复。
　　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，可代替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；制造高强度低重量的运动器材，如滑雪板、划艇和皮艇等等。总之，凡要求高强度、耐拉伸、抗撕裂、防穿刺及耐高温的场合，都是芳纶1414大显身手的领域，具有不可替代的优越性。