芳纶纤维的分类
芳纶纤维
严妍
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芳纶的简介 芳纶的分类 主要的产品及其制备
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芳纶的应用
研究方向
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芳纶纤维
芳纶全称为"芳香族聚酰胺纤维",是一种新型高科 技合成纤维，诞生于20世纪60年代末。有很多品种，如 Aramid fiber（帝人芳纶的商品名为 Twaron，杜邦公司 的商品名为Kevlar），芳纶纤维主要分为对位芳酞胺纤 维(芳纶1414 )和间位芳酞胺纤维(芳纶1313 )。 冷战结束后，芳纶作为高技术含量的纤维材料大量 用于民用领域 。
称为非石棉纤维橡胶垫片，或称为无石棉垫片、代石棉垫片。其主要
增强材料为代石棉纤维、无机纤维、碳/石墨纤维等。
2014-6-6
特点
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。
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芳纶制的绳 防弹衣
2014-6-6
轮胎
芳纶的阻燃布
航空航天和军需工业上的应用
芳纶可用于制作大型飞机 的二次结构材料，如机舱门、 窗、机翼、整流罩体表面等， 也可制作机内天花板、舱壁等，
可减轻其质量。芳纶复合材料
可制造导弹的固体火箭发动机 壳、压力容器、宇宙飞船驾驶
舱、潜艇、防弹装甲车、防弹
n
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突出特点：
耐高温性能好，高温下的强度保持率好、抗氧化 性、耐水性良好等，主要用作耐高温材料。
缺点：强度、模量低。 用途：耐高温防护服、消防服和军服等。
芳纶纤维介绍
芳纶芳纶(芳族聚酰胺纤维)可能是最知名的特种纤维，由尼龙而来，且与尼龙极其类似。
芳纶中含5％直接与两个芳香环相连的酰胺键。
著名的品牌，包括杜邦的Nomex和Kevl~，以及日本帝人公司与Kevl~非常相似的Twaron纤维。
Kevl~的强度和模量比传统的高强尼龙纤维，分别高2倍和9倍。
Kevlar能够应用于如下领域：防弹材料、复合材料支撑物，振动延续阻滞物、轮胎增强材料，高应力作业下的机械橡胶布、高强低延伸的绳索。
Nomex与Kevlar在化学组成上不同，它用异酞酰胺取代对酞酰胺，从而获得有优异耐热性的纤维，在高温条件下有优异的性能。
随着芳纶在安全和强力市场领域应用的深入，市场应用将会缓慢增加，但其量不会显著扩大，问题在于产量／价格／利润之间的相互关系。
从Spandex大量上市导致价格下降的经验来看，如果纤维价格下跌20％-50％，纤维的产量将会急剧增加芳纶纤维全称为"聚对苯二甲酰对苯二胺"，英文为Aramid fiber，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。
芳纶的发明:20世纪60年代由美国杜邦（DuPont）公司成功地开发并率先产业化;芳纶的发展: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。
芳纶纤维-精选精品教育文档
芳纶的化学性能
⊙热稳定、耐火、不溶、自熄性材料。真空中长期使 用温度为160℃，-60℃也不脆； ⊙ Tg =（250~400）℃； ⊙热膨胀系数低（300℃以下，纵向为负值）； ⊙具有良好的耐化学介质性（但不耐强酸、强碱）； ⊙耐疲劳、耐磨、电气绝缘、透电磁波。 ⊙对紫外线敏感。
杜邦公司PPTA纤维的主要牌号
在复合材料中应用最普遍的是PPTA纤维，Du pont公 司PPTA纤维的主要牌号有： ◆第一代（RI型）：Kevlar-29、Kevlar-49 ◆第二代(Hx系列）：Ha（高粘接型）、Ht（Kevlar-129、 高强型）、He（Kevlar-100、原液着色型）、Hp （Kevlar-68、高性能中模型）、Hm（Kevlar-149、高 模型）、He（Kevlar-119、高伸长型）。
★后来则以超高分子量（>106）聚乙烯（UHMW-PE）的溶 液纺丝法得到模量高达200GPa的有机纤维。
★1971年，美国杜邦公司公布了以“Kevlar”为商品名的芳纶 的生产和性能。
2.3.1.1 概述
★芳纶（aramid fiber）是由芳香族聚酰胺树脂 （aromatic polyamide risen）纺成的纤维。
空
旋转鼓轮
气
隙
喷
凝胶液体
丝
嘴
生产PPTA纤维的干喷-湿纺工艺示意图
干喷—湿纺的特点：
♀用干喷—湿纺方法纺丝时，在剪切力作 用下，PPTA极易沿作用力方向取向。
♀采取干喷—湿纺液晶纺丝工艺，可抑制 卷曲或折叠链产生，使分子链沿轴向进 一步高度取向，形成几乎为100%的次晶 结构。
（2）PPTA的结构
◇芳纶沿分子链方向（平行于纤维轴向）为强共价键； 垂直于纤维轴向的分子间以氢键相连，因而纤维显
芳纶
1000cN／dtex，是普通锦纶的20倍。
• 芳纶非常坚韧。芳纶的拉伸强度高达20-25cN／ dtex，是普通锦纶的3倍。甚至超过钢， • 不容易断裂，芳纶对波的传播速度快。 当子弹击中时，若防弹衣的抵抗力超过子弹
的冲击力时，就可以阻止子弹的穿透。
在宇航上的应用
首先，在对付极度温差方面，芳纶有很好的耐高温性，
世界上最早研制芳纶1313纤维的是美国杜邦 公司。1956年开始研究，1967年正式开始工业 化生产，改称Nomex。
国内发展概况 我国芳纶1313早在1964年初开始研究。1969年 研究工作已取得较大进展，所研制的纤维性能 已接近当时的Nomex纤维水平。
芳纶1313的结构、性能及用途
聚间苯二甲酰间苯二胺即MPIA，分子结构为
从PPTA 的结构上可以看出：(1)构成PPTA 主链 的共价键键能非常大 (2)分子链中含有苯环，分 子结构上的酰胺基团被芳环分离且与苯环形成π 共轭效应，内旋转位能相当高，分子链节呈平面 刚性伸直链的构象，决定了纤维具有较高的结晶 度，且结晶相对较完整；（3）分子中含有较多 的极性基团，大分子呈伸直链构象，分子之间相 互作用力非常强；（4）大分子之间平行排列， 分子之间空隙较小，相互作用力较强而刚性较好， 模量非常高。
芳纶
一、引言
芳纶是一种高强度、高模量、低密度和耐磨 性好的本质耐热阻燃纤维。它的全称是芳香 族聚酰胺纤维，简称芳纶。 商用芳纶主要分间位芳纶和对位芳纶两大类。 间位芳纶主要有杜邦的Nomex、帝人的Conex 等；对位芳纶主要有杜邦的Kev1ar、帝人的 Twaron、Technora等。
芳纶1313 国外发展概况
在防火上的应用
•山东烟台氨纶股份有限公司芳纶1313纤维产业化技术 传统的消防服一般采用的是后处理阻燃布料，
芳纶纤维
O
C Cl + NH2
NH2
商品名有美国杜邦的Nomex，我国的芳纶1313等。
7
高温性能好，高温下的强度保 持率好，以及尺寸稳定性、抗氧化 性和耐水性好，不易燃烧，具有自 熄性，耐磨和耐多次曲折性好，耐 化学试剂，绝热性能也较好。
强度和模量低，耐光性较差。
用途：主要用于易燃易爆环境的工作服，耐高温绝缘材料， 耐高温的蜂窝结构。
除强酸与强碱以外，芳纶几乎不受有机溶剂、油类的影响。
芳纶对紫外线是比较敏感的。若长期裸露在阳光下，其强度 损失很大，因此应加能阻挡紫外光的保护层。
在饱和湿度下，Kevlar-49能从大气中吸收6%的水分，饱和吸 湿率大。吸湿后，由于水分子侵入纤维，会破坏氢键，使纤维强 度降低，复合材料压缩性能，弯曲性能降低。
Kevlar-49纤维具有良好的热稳定性和良好的耐低温性。本身有 耐火性，不燃烧。在高温下不熔融，升温到427℃，纤维未熔融，即 发生碳化(Tm 570℃，T碳化427℃)。直至分解，不发生变形(Td 500℃)。在-196℃低温下也不会变脆，仍能保持其性能。
Kevlar-49纤维的Tg 327℃，在空气中的长期使用温度一般不大 于160℃。 Kevlar-49纤维1000旦细纱在93℃空气中长期存放，其强 度保持率87％，弹性模量保持率89.7％。短时间内暴露在300℃以上， 对于强度几乎没有影响，因此短期使用温度可达300℃。
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(1) 聚对苯甲酰胺 (聚对胺基苯甲酰) 纤维Poly (P-benzamide) 简称 PBA纤维。
NH
CO
n
O
NH2
C Cl
这类纤维有“B”纤维（美国杜邦公司早期产品）、我国的 芳纶I（芳纶14）和HGA纤维（前苏联）
芳纶纤维
芳纶纤维摘要：芳纶纤维是一种新型高科技合成纤维，是由美国杜邦公司在2O世纪60年代成功开发并率先产业化的纤维产品。
芳纶纤维的问世被认为是材料界发展的一个重要里程碑。
由于芳纶纤维具有优良的性能，在我国的航空航天，体育用材料，轮胎，高强绳索等材料中有广泛的应用，因此受到了普遍的关注。
本文介绍了芳纶纤维的结构、性能、用途及生产方法,分析了芳纶纤维的国内外发展现状,并对我国发展高性能芳纶纤维提出了几点建议。
关键词:芳纶纤维;结构;性能;用途;生产技术;发展建议芳纶纤维主要分为对位芳纶纤维(芳纶1414)和间位芳纶纤维(芳纶1313)。
芳纶纤维是一种高性能合成纤维，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0．2倍左右。
此外，芳纶纤维还具有良好的绝缘性和抗老化性能，其应用领域十分广泛。
对位芳纶纤维主要用于橡胶增强制品、防弹织物、复合结构材料、线缆材料、隔热隔声、防辐射结构板等。
间位芳纶纤维主要用于电器绝缘纸、阻燃织物、隔热隔声、防辐射结构板、飞行器承力结构材料、烟尘过滤袋等。
1、芳纶纤维结构芳纶纤维的全称是芳香族聚酰胺纤维, 是一种高强度、高模量、低密度和高耐磨性的有机合成纤维。
芳纶分为对位芳纶纤维(PPTA)和间位芳纶纤维( PMIA)两种。
聚对苯二甲酰对苯二胺纤维是PPTA最有代表性的一种, 英文全称 AramidFiber ,其化学结构式如下图：关于芳纶纤维的微观结构,颇具代表性的主要有皮、芯层结构模型,Morgan 等人认为,每一根单纤均具有可区分的皮、芯特征,皮层和芯层具有不同的结构和性能。
皮层厚度在0.1-lμm,且表现出类似小云母片的结构形态,在长度方向上则保持结构一致性,而芯层却没有这种结构。
阿克苏·诺贝尔公司的科学家van Aartsen和Nort hoIt于1973 年公布了他们对其公司生产的芳纶纤维(Twaron )结晶结构的基础研究成果。
芳纶
高性能纤维及制品——芳纶班级：纺贸0902班姓名：陈媛学号：090400618芳纶纤维一、芳纶的简介芳纶的全称为芳香族聚酰胺纤维，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。
表1 芳纶与其它几种工业丝性能对比二、芳纶纤维的历史背景芳纶纤维的历史很短，发展很快。
由美国杜邦公司首先发明和实现工业化，20世纪60年代，美国杜邦公司首先开发出具有优良热稳定性的间位芳纶，即Nomex纤维；1966年，公司又生产出了对位芳纶，即Kevlar纤维；1972年日本帝人公司生产对位芳纶Conex纤维；1986年荷兰Akzo公司生产出Twaron纤维；1987年日本帝人公司生产出Technora纤维，而我国于1972年开始进行芳纶的研制工作，并于1981年通过芳纶14的鉴定，1985年又通过芳纶1414的鉴定，它们分别相当于美国杜邦公司的Kevlar29和Kevlar49。
1986-1990年中国发展国民经济第七个五年计划期间，北京橡胶工业研究设计院、西安交通大学、晨光化工研究院、南通合成树脂厂和上海合成纤维研究所共同承担了国家关于芳族聚酰胺树脂合成、纺丝技术开发和在橡胶工业中应用的系列科研课题，并且都完成了相应的产品开发和研制工作。
在20世纪90年代，晨光化工研究院、上海合成纤维研究所、东华大学化学纤维研究所、沈阳市红星密封材料厂等单位研制和生产的对位芳纶性能已接近国际水平。
但由于资源、成本等方面的原因，我国应用的芳纶大部分仍然依赖于进口。
1999年，山东烟台氨纶股份有限公司正式提出建设中国第一个芳纶1313工程项目，并于2001年5月份引进了俄罗斯技术。
芳纶纤维的分子式
芳纶纤维的分子式一、芳纶纤维简介芳纶纤维是一种聚合物纤维，它具有极高的强度、耐热性和耐化学腐蚀性。
它是由芳香环和酰亚胺基团组成的。
芳纶纤维的分子式是(C14H10N2O2)n，其中n代表重复单元的数量。
二、芳纶纤维的分子式解析分子式 (C14H10N2O2)n 可以分解为四个组成部分，分别是C14H10、N2、O2和n。
下面将对这四个部分进行解析。
1. C14H10C14H10代表芳纶纤维分子中含有14个碳原子和10个氢原子。
C14H10是一个芳香环，由苯环和取代基组成。
苯环是由6个碳原子和 6 个氢原子构成的环状结构。
芳纶纤维中的苯环通过共价键连接在一起，形成一个长链。
2. N2N2代表芳纶纤维分子中含有2个氮原子。
氮原子是芳纶纤维中的酰亚胺基团的组成部分。
酰亚胺基团是由一个碳原子、两个氮原子和一个氧原子构成的。
3. O2O2代表芳纶纤维分子中含有2个氧原子。
氧原子与碳原子和氮原子形成键连接，稳定纤维结构。
4. nn代表芳纶纤维分子中重复单元的数量。
芳纶纤维通过聚合反应形成高分子链，重复单元不断重复连接形成长链结构。
重复单元的数量n决定了芳纶纤维的长度。
三、芳纶纤维的结构与性质芳纶纤维的分子式确定了其特殊的结构和优秀的性质。
芳纶纤维中的芳香环使其具有较高的强度和刚性，适用于许多高强度应用。
酰亚胺基团的存在使芳纶纤维具有良好的耐热性和耐化学腐蚀性。
芳纶纤维的结构和性质主要有以下几个方面：1. 高强度和刚性芳纶纤维由于芳香环的存在，具有较高的强度和刚性。
其强度比钢高5倍，模量比钢高2倍，是一种理想的高强度纤维材料。
芳纶纤维在应用中被广泛用于制造高强度的复合材料，如航空航天领域的复合材料结构件。
2. 耐热性芳纶纤维在高温下仍能保持良好的性能。
其可以在500℃的温度下长时间使用而不熔化，不发生脆性断裂。
这使得芳纶纤维广泛应用于高温环境中，如航空发动机部件、阻燃服装等领域。
3. 耐化学腐蚀性芳纶纤维对酸、碱和有机溶剂等化学物质具有良好的耐腐蚀性。
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典型 歇聚合，原液经过过滤后直 聚合物分离后洗涤干燥后用浓硫 工艺 接进行湿法纺丝，水洗后干 酸重新溶解，干喷湿法纺丝，纤
燥，切断后打包。
维经过水洗后干燥，卷绕成形。
二、整体产业状况
2014年，全球芳纶的市场需求量约
为15.2万吨。
预计2019年，全球芳纶需求将达到
21.3万吨。
预计年均增长率：7% 21.3万吨
• “十二五”期间，我国芳纶产业取得长足发展。 但距国际一流企业有一定距离，如间位芳纶产 品产量提升，仍集中在较低端市场；对位芳纶 产能和产品质量仍需要提高等。
三、对位芳纶（PPTA）
对位芳纶的特点及应用
• 对位芳纶，我国称之为芳纶1414。 • 最突出的性能是高强度、高模量。 • 拉伸强度是钢丝的6 倍；拉伸模量是钢丝和玻
对位芳纶主要商标：
Kevlar ® （杜邦） Twaron ®(帝人) Technora®(帝人) Heracron ®(可隆集团) ALKEX ®(晓星集团) 泰普龙® （泰和新材）
芳纶纤维的合成
间位芳纶
对位芳纶
合成 原料
间苯二甲酰氯(IPC) 间苯二胺(MPD)
对苯二甲酰氯(TPC) 对苯二胺(PPD)
1987
帝人开发的对位芳纶 实现量产，商品名 Technora®
2006
韩国可隆投产对位芳 纶Heracron®
2011
我国烟台泰和新材对 位芳纶泰普龙®成功 推向市场
芳纶纤维产业链
上游行业 芳纶行业Hale Waihona Puke 下游行业间苯二胺 间苯二甲酰氯
间位 芳纶
电气绝缘纸 防护衣 滤料
橡胶增强 电气设备
对苯二胺 对苯二甲酰氯
聚合 工艺
（1）低温聚合法+干法纺丝 工艺（美国杜邦）； （2）界面聚合法+湿法纺丝 工艺（日本帝人）； （3）低温溶液聚合法+湿法 纺丝工艺（泰和新材）。
（1）低温溶液缩聚法：目前商品 化对位芳纶唯一的聚合方法； （2）直接缩合法； （3）离子液体聚合法； （4）发烟硫酸聚合法。
一步法工艺：即低温溶液间 两步法工艺：低温溶液连续聚合，
韩国对位芳纶产能逐步增加，晓星集团拟2015
年扩产至5000t/a。
日本 中国 韩国
美国
数据来源：根据《国内外芳纶的制备、产业现状及市场前景》（李群 生, 合成纤维，2014）以及相关企业官网数据整理
对位芳纶纤维生产企业
国家
公司名称
商品名称 现有产能/（kt/a）
美国
杜邦
Kevlar
36.5
日本
帝人
芳纶纤维的发展史
1967
杜邦开始工业化生产 间位芳纶，商品名 Nomex®
1972
帝人开始生产商品名为 Conex®的间位芳纶
1986
荷兰阿克苏公司的对位 芳纶Twaron®问世， 2000年被帝人收购
2004
我国烟台泰和新材 间位芳纶成功量产
2009
韩国晓星投产对位芳 纶ALKEX®
1972
杜邦开始工业化生产 对位芳纶，商品名 Kevlar®
• 2011年，芳纶产业被纳入国家新材料“十二 五”规划重点扶持的产业之一。
• 在此背景下，我国芳纶产业取得了长足发展， 间位芳纶产能扩增至1.3万吨，对位芳纶实现由 零到5家生产公司的规模。
芳纶纤维产业展望
• 安全、环保、节能是芳纶的主要应用领域，符 合社会发展的潮流。特别是近年来雾霾天气和 安全事故频发，石油、煤炭等传统能源日渐枯 竭，为芳纶产业的发展提供了契机。预计未来 芳纶纤维将有着广阔的市场前景。
璃纤维的 2~3倍；密度却只有钢丝的 1/5。 • 主要应用于个体防护、防弹装甲、力学橡胶制
品（MRG）、高强缆绳、石棉替代品。
对位芳纶的生产流程（Twaron）
1、聚合 2、长丝纺纱
3、加工为短纤维 和短切纤维
4、加工为浆粕
对位芳纶纤维生产现状
2014年，全球对位芳纶总产能约达8万吨，主 要以美国杜邦和日本帝人，产能接近84%。
对位 芳纶
车用摩擦材料 防弹材料 轮胎 橡胶制品 通讯器材
芳纶纤维的分类
• 芳纶纤维包括全芳香族聚酰胺纤维和杂环 芳香族聚酰胺纤维两大类。
• 全芳香族聚酰胺纤维中已经实现工业化的 纤维，主要是对位芳纶（PPTA）和间位 芳纶（PMIA）。
间位芳纶
对位芳纶
间位芳纶主要商标：
Nomex®（杜邦） Teijinconex ® （帝人） 泰美达®（泰和新材） X-FIPER ® （圣欧芳纶） 彩艳牌® （彩艳股份）
全球芳纶纤维材料 市场研究报告
新材料在线 产业研究院
2015年4月
一、基础知识
什么是芳纶纤维？
芳纶是一种高强度、高模量、低密度和耐磨性好 的有机合成的高科技纤维。它的全称是芳香族聚 酰胺纤维。芳纶是当今世界三大高科技纤维（碳 纤维、芳伦、高强高模聚乙烯纤维）之一。
超高强度 重量轻 耐磨性好
绝缘性好 永久阻燃 耐高温 耐有机溶剂
6
5
4
3万吨
3
2
1
0 2013
2014
数据来源：BCC Research
5.5万吨
2019
• 2014年，中国芳纶的市场需求量为3万吨。全 球市场的20%。
• 中国的芳纶产能约为1.7万吨，总体市场缺口较 大，仍需大量进口。
中国芳纶纤维产业政策
• 芳纶纤维属于国内短缺的高技术产品，国内产 能不足但需求量很大，此外部分高档产品由于 涉及到军工、航天等敏感领域，产品和技术都 受到国外严格封锁。
Twaron Technora
27.3
韩国
可隆集团
Heracron
5
韩国
晓星集团
ALKEX
1.5
俄罗斯 卡明斯克&特威尔化纤
-
2
中国
烟台泰和新材
泰普龙
1
中国
苏州兆达特纤
-
1
中国
晨光化工研究院
-
1
中国
邯郸硅谷
-
1
中国
河南平煤神马
-
0.5
总计
76.8
• 中国对位芳纶行业发展较晚，2011年才逐步实 现产业化。特别在芳纶被纳入国家新材料十二 五规划重点扶持的产业后，取得了较大发展。
15.2万吨
2014年
数据来源：BCC Research
2019年
消费区域主要集中于北美、欧洲、日本 和中国。北美是最大的消费市场，约占 35%。
2014年全球芳纶市场需求地区分布
数据来源：BCC Research
2019年，中国芳纶需求将达到
5.5万吨.
中国芳纶市场需求（万吨）
预计年均增长率12.6%