欢迎您来到“芳纶纤维”，您将浏览到的主要内容如下：
㈠、了解芳纶纤维
㈡、间位芳纶（芳纶1313）
㈢、对位芳纶（芳纶1414）
㈣、杂环共聚芳纶
㈤、芳纶纤维与其它纤维的两种比较
一、了解芳纶纤维
芳纶的全称是“芳香族聚酰胺纤维”（英文名Aramid fibers），是一类新型的特种用途的合成材料。其诞生于20世纪60年代末，最初作为宇宙开发材料和重要的战略物资而秘不示人。冷战结束后，芳纶作为高技术含量的纤维材料始被大量用于民用领域。
因为构成纤维的高聚物长链分子中含有酰胺基，所以与锦纶一样，同属于聚酰胺类纤维。所不同的是：构成锦纶的高聚物大分子中连接酰胺基的是脂肪链，而芳香族聚酰胺纤维中连接酰胺基的是芳香环或芳香环的衍生物。
由于芳香基取代了脂肪基，分子链的柔性减小而刚性增强，反映在纤维性能方面，其耐热性和初始模量都显著增大，所以芳香族聚酰胺纤维是目前有机耐高温纤维中的主要类别。其中最具实用价值的品种有两个：
⑴、芳纶1313（分子链排列呈锯齿状的间位芳纶纤维）；
⑵、芳纶1414（分子链排列呈直线状的对位芳纶纤维）；
两者化学结构相似，但性能差异却很大，应用领域各有不同：芳纶1313以其出色的耐高温绝缘性，成为高品质功能性纤维，而芳纶1414极好的金属特性使之在高性能纤维中占据着重要核心地位。
二、间位芳纶（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，商品名为：Nomex®(美国杜邦)。这是一种柔软洁白、纤细蓬松、富有光泽的纤维，虽外观与普通化纤并无二致，却拥有以下超乎寻常的“特异功能”：
⑴、特性
1、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。
2、阻燃性（作防火纤维）：
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。
3、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。
4、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。
5、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。
6、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。
⑵、应用
1、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。
2、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。
3、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。
三、对位芳纶（芳纶1414）
芳纶1414与芳纶1313的发明同步，于上世纪六十年代末被研制出来，其商品于1972年首次问世，商品名为:Kevlar®(杜邦公司)。
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。
⑴、特性
1、强度：
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）。
2、耐温性：
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。
⑵、应用
1、国防军工（代表尖端水平的领域）：
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。
2、航空航天
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%。
3、汽车
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。
4、土木结构工程：
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。
5、其它：
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：
应用场合：凡要求高强度、耐拉伸、抗撕裂、防穿刺及耐高温的场合，
应用领域：机电、建筑、汽车、海洋水产、体育用品等。
四、杂环共聚芳纶
杂环共聚芳纶具有高强高模、出色的机械性能和优越的热稳定性、耐燃性，比普通的对位芳纶（芳纶1414）具有明显的优越性，是有机复合材料尤其是高端硬质承力复合材料中最理想的一种增强材料，适用于固体火箭发动机外壳、高压薄壁容器、高压气袋、高速旋转体、高级防护扳、头盔、盾牌、防弹衣、降落伞、绳索、天线支撑材料、天线罩、电缆护套、轮胎、刹车片以及建筑、橡胶、电器、塑料等领域,尤其是环氧树脂基硬质增强材料。
基本指标：
1．密度： 1.42-1.45 g/cm3
2．颜色： 金黄至褐色
3．最高长期使用温度：260-300℃
4．抗氧指数： 37%以上
5．热收缩： 400℃热收缩几乎为零
6．分解温度： 530℃以上
7．机械性能见下表：
|
线密度，Tex |
捻度，
m-1 |
拉断强力，N |
断裂伸长，% |
上胶拉断强度，Gpa |
复丝弹性模量，Gpa |
|
A级 |
B级 |
C级 |
|
60
±3% |
40±2 |
126-138 |
2.5-3.5 |
≥4.9 |
≥4.5 |
≥4.2 |
130-145 |
|
90±2 |
133-150 |
2.7-3.7 |
≥4.9 |
≥4.5 |
≥4.2 |
130-145 |
|
100
±5% |
40±2 |
200-230 |
2.5-3.5 |
≥4.9 |
≥4.5 |
≥4.2 |
130-145 |
|
90±2 |
220-250 |
2.7-3.7 |
≥4.9 |
≥4.5 |
≥4.2 |
130-145 |
注:上胶拉断强度检测标准GJB348-87
五、芳纶纤维与其它纤维的两种比较
1、芳纶纤维与其它纤维力学指标的对比
|
纤维类型 |
密 度
(g·cm ) |
抗拉强度
（MPa） |
弹性模量
（GPa） |
断后伸长率
（%） |
最高工作温度
（℃） |
|
芳纶 |
1.45 |
2 900～3 400 |
70～140 |
2.8～3.6 |
250 |
|
碳纤维 |
1.78 |
3 500～6 000 |
230～600 |
1.5～2.0 |
500 |
|
E-玻璃纤维 |
2.54 |
3 100～3 800 |
72.5～75.5 |
4.7 |
380 |
|
S-玻璃纤维 |
2.54～2.57 |
4 020～4 650 |
83～86 |
5.3 |
300 |
|
CBF |
2.63 |
3 000～4 840 |
91～110 |
3.1 |
-269～+650 |
2、AFRP纤维与其它FRP片材的力学性能比较
|
纤维种类 |
厚度(mm) |
设计强度(MPa) |
弹性模量(GPa) |
极限应变(%) |
|
芳纶纤维 |
0.193 |
2100 |
120 |
1.8 |
|
高强度碳纤维 |
0.111 |
3550 |
235 |
1.5 |
|
高弹模碳纤维 |
0.143 |
2000 |
550 |
0.4 |
|
玻璃纤维 |
0.118 |
1500 |
74 |
2 |
|
PBO纤维 |
0.128 |
3500 |
235 |
1.5 |
|
Dyneema纤维 |
0.258 |
1800 |
60 |
3 |
|
玄武岩纤维 |
0.119 |
2300 |
100 |
2.3 | |
