芳纶纤维特点及应用
高性能增强材料——芳纶纤维
高性能增强材料——芳纶纤维安源摘要: 芳族聚酰胺纤维由美国杜邦公司于20世纪60年代首先开发并最早实现工业化生产。
该产品可以用做增强材料。
介绍芳族聚酰胺纤维的发展、性能、制备及其应用。
关键词：芳纶；性能；制备；应用1 概述增强材料就像树木中的纤维，混凝土中的钢筋一样，是复合材料的重要组成部分，并起到非常重要的作用。
它不仅能使材料显示出较高的抗张强度和刚度，而且能减少收缩，提高热变形温度和低温冲击强度等。
复合材料的性能在很大程度上取决于纤维的性能、含量及使用状态。
例如在纤维增强复合材料中，纤维是承受载荷的组元，纤维的力学性能决定了复合材料的性能。
芳纶是芳族聚酰胺纤维的通称,主要分为聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)纤维(芳纶1414)和聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)纤维(芳纶1313)。
美国杜邦公司于20世纪60年代首先开发出芳纶1313和芳纶1414 ,并最早实现工业化生产(商品名分别为Nomex和Kevlar)。
1987年推出了KevlarHT、Kevlar68和Kevlar149。
1986年荷兰阿克苏(Akzo)公司生产出Twaron纤维; 1987年日本帝人公司生产出Technora纤维。
而中国于1972年开始进行芳纶的研制工作,并于1981年通过芳纶14的践定,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。
2 全球芳纶纤维的发展概况全球芳纶纤维产能主要集中在日本、美国和欧洲，生产芳纶纤维的公司也较为集中，目前全球从事芳纶纤维生产的厂家主要有５个：美国杜邦公司（Kevlar）、日本帝人公司（Twaron、Technora）、俄罗斯卡明斯克化纤股份公司（SVM、Apmoc、Rusar）和特威尔化纤股份公司（SVM、Apmoc）、韩国科隆公司（Kolon），其他国家或公司仅有少量生产。
2009年，全球芳纶纤维生产能力约9.51万t／a，其中对位芳纶纤维产能约6.61万t／ａ，杜邦和帝人二家公司产能合计6.15万t／ａ，占对位芳纶纤维产能的93%；间位芳纶纤维的产能约为2.9万t／ａ，主要的生产公司仍为杜邦公司，产能为全球总产能的75%以上。
我国芳纶纤维的生产、应用状况及存在的问题
我国芳纶纤维的生产、应用状况及存在的问题摘要：芳纶纤维是一种高强度、高模量，并具有良好的热稳定性的增强型和功能型纤维材料，多以复合材料的形式应用。
文章阐述了目前我国芳纶纤维生产发展状况，介绍了芳纶纤维在军工、航空和汽车等领域的应用状况，讨论了我国芳纶纤维存在的一些主要问题。
关键词：芳纶纤维，生产，应用芳纶纤维是一种分子构型沿轴向伸展、分子排列整齐、高结晶度、高取向度的材料，具有相对密度小、耐疲劳、耐剪切等一系列优异性能。
它具有的很高伸直平行度和取向度的分子结构决定了芳纶纤维具有高强度和高模量，并具有良好的热稳定性。
芳香族聚酰胺分为邻位、间位、对位。
邻位类无商业化价值，间位、对位的芳香族聚酰胺已商品化生产。
间位类通常指芳纶1313，其以耐热性、难燃性和耐药品性优异为特征；对位类通常指芳纶1414，其以高强力、高弹性模量和耐热性为特征。
我国于20世纪80年代初研制的两种纤维产品分别是芳纶1414[聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）]纤维和芳纶14[聚对苯甲酰胺]纤维，统称为芳纶纤维，其中以PPTA应用最为广泛。
杜邦和恩卡公司分别把PPTA注册为Kevlar和Twaron商品名[1]。
1.芳纶纤维生产发展现状1.1芳纶纤维的基本概况我国芳纶纤维的研制开发起步较晚，从20世纪80年代起，国内先后有多家企业、高校和研究所对芳纶国产化进行了深入研究，主要有晨光化工研究院、东华大学、上海合成纤维研究所、沈阳红星、广东彩艳、烟台氨纶、河南神马、航天科工六院等进行了研究开发。
目前，我国间位芳纶已攻破技术难关，产品性能稳定，基本上实现了产业化生产，国产产品在国内占有一定的市场份额，并且还有部分产品出口到国际市场。
但我国对位芳纶纤维发展较慢，一些科研院所和企业建设了中试装置，但产量较小，产品质量与国外产品也有一定差距。
对位芳纶的产能主要集中在日本、美国和欧洲。
1998年，荷兰AKZO-Nobel 公司的功能纤维部与荷兰Acordis公司合并重组，成为后者的纤维商务部。
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。
芳纶纤维主要用途
主要用途：1. 先进复合材料：用于航空航天领域、舰船和汽车等工业。
2. 防弹制品：用于硬质防弹装甲板、软质防弹背心等。
3. 缆绳方面的应用。
4. 基础设施和建材方面：用于芳纶增强混凝土和芳纶增强木材等。
5. 应用于传送带。
6. 应用于特种防护服装。
7. 体育运动器材方面的应用。
8. 电子设备方面的应用。
据统计，目前芳纶产品用于防弹衣、头盔等约占7%~8%，航空航天材料、体育用材料约占40%，轮胎骨架材料、传送带材料等约占20%，高强绳索等约占13%。
而作为增强材料，芳纶纤维有其不可替代的作用。
芳纶与目前子午胎用骨架材料钢丝、涤纶、锦纶等相比，具有强度高、变形小、热收缩低、高耐热和蠕变极小等优点，其强度是钢丝的5～6倍，模量是钢丝的2倍，相对密度仅为钢丝的1／5，分解温度为560℃，既具备合成纤维的弹性，又具备钢丝的刚性。
世界主要汽车轮胎生产商都在关注芳纶在汽车轮胎中的应用，特别是采用芳纶帘线作为骨架材料生产超轻、超薄和低滚动阻力子午胎。
芳纶是一种多用途材料,正被用在日益增多的各类轮胎中（见图1）。
它在轮胎的不同部件中起作用,比如在露边带束层、折叠带束层、周向带束层、子午胎的胎体、子口包布、胎圈芯。
斜交结构赛车轮胎的胎体、斜交轮胎的缓冲层,都可采用芳纶。
芳纶对小型轮胎与大型轮胎均适用。
芳纶纤维的用途2008年03月10日星期一11:40芳纶作为高科技纤维产品，目前只有日本等少数几个国家能够生产，中国经过多年的努力，终于志着中国在高科技纤维领域取得了重大进展。
我国经过多年的，他说：想发财就去万通商联找优质玩具供货商！的努力，终于成功开发生产科技纤维领域研究开发的实力。
其中，由山东烟台公司研发生产的纽士达芳纶，综合性能优异，外用户中赢得普遍赞誉，具有广阔的市场发展前途。
特种防护服扑救火灾，保卫国家经济建设和人民生命财产的安全，是广大消防官兵义不容辞的神圣职责。
然用什么材质的消防服才能更有效地保护消防卫士的自身安全？传统的阻燃防护服强度太低，阻燃棉&tracelog=pd_info_promo" target="_blank">涤棉防护而且这些面料都是后处理的阻燃产品，就是将普通织物在防火剂中浸泡，使其表面形成一层薄膜种处理只能达到暂时性的阻燃，经不起时间和洗涤的考验，而且防火剂对人体有毒害作用，还会中全面禁用。
芳纶纸的应用领域研究报告
芳纶纸的应用领域研究报告芳纶纸的应用领域研究报告1. 引言芳纶纸是一种新型的纤维材料，由芳纶纤维制成。
它具有较强的耐高温、耐腐蚀性以及良好的机械性能，因此在许多领域有着广泛的应用前景。
本研究报告将对芳纶纸的几个主要应用领域进行详细的研究。
2. 航空航天领域芳纶纸在航空航天领域有着重要的应用。
由于其优异的耐高温性能和较低的比重，芳纶纸可用于制作航空发动机的隔热罩、导热罩、热屏蔽以及航天器的热防护材料。
芳纶纸在高温环境下保持稳定，并且具有较好的机械强度，能够有效地减少热传导和热辐射，保护航空器和航天器免受极端温度的影响。
3. 新能源领域芳纶纸在新能源领域也有着广泛的应用。
目前，太阳能、风能等可再生能源的研究和应用正日益重要，而芳纶纸作为一种具有高温稳定性和较低热传导特性的纤维材料，可以用于太阳能电池板的隔热罩，延长电池板的使用寿命。
此外，芳纶纸还可以作为锂离子电池的隔膜材料，具有出色的隔热性能和耐腐蚀性，能够有效提高电池的安全性和稳定性。
4. 高温过滤领域芳纶纸还可以应用于高温过滤领域。
在一些工业生产中，需要过滤掉高温气体或液体中的杂质，而传统的过滤材料往往无法在高温下稳定工作。
芳纶纸因其耐高温性能和较好的压力承载能力，成为了理想的高温过滤材料。
通过芳纶纸的过滤，可以有效地去除高温气体或液体中的固体颗粒，保证生产过程的正常运行。
5. 可穿戴产品领域随着智能可穿戴产品的兴起，芳纶纸也被应用于这一领域。
由于芳纶纸具有良好的柔韧性和耐磨性，可被用于制作智能手环、智能手表等可穿戴设备的外壳材料。
芳纶纸的高温稳定性和耐腐蚀性还可以提高设备的耐久性和安全性。
6. 结论综上所述，芳纶纸作为一种全新的纤维材料，在航空航天、新能源、高温过滤和可穿戴产品等领域都有着重要的应用。
芳纶纸的出色性能使其成为了满足各种重压、高温环境下的工程需求的理想选择。
随着科技的不断进步和工业需求的不断增长，芳纶纸的应用领域将得到更广泛的拓展，有望为各行各业带来更大的发展机遇综上所述，芳纶纸作为一种新兴的纤维材料，在航空航天、新能源、高温过滤和可穿戴产品领域都具有重要的应用价值。
芳纶纤维在土建中的应用
芳纶纤维在土建中的应用一、芳纶纤维简介芳纶纤维诞生于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，平添了许多神秘色彩。
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，才逐渐露出庐山真颜。
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合成材料。
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。
但不同的是，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，所以把这类纤维统称为芳香族聚酰胺纤维，简称芳纶。
芳纶纤维具有超高强度、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。
芳纶纤维和玻璃纤维和、炭纤维的力学性能比较二、在土建中的应用芳纶纤维布除了具有轻质高强、高弹模、耐腐蚀等性能外，还具有非常好的抗冲击、抗剪、抗疲劳、延性、电绝缘性的特点，是一种非常理想的混凝土墩柱、钢筋砼梁加固、防撞及抗震材料，比碳纤维更适合于铁道、电气设施等结构物，因而有其优势，受到人们的青睐。
日本Ryukyus 大学Kooroush Nasrollahzadeh等人2004年用芳纶纤维带加固方柱，这项技术具有两个优点：（1）应用方便、快捷，无需重型机械；（2）不需倒角，故也无需运走柱倒角产生的尘渣，因而省时、节能；（3）是修补震后RC柱的理想选择。
实验结果发现，粘贴2层芳纶纤维、条带间距200mm时，方柱轴心受压变为原来的20%，承载力提高80%。
美国Alabama大学 Toutanji, Houssam等人2002年采用芳纶外包增强混凝土梁，测量了受试样品的轴心负载和环应力负载，发现芳纶纤维明显增强混凝土梁的强度、延展性。
芳纶纤维的制造与应用讲解
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。
芳纶的缺陷
◇沿纵向排列的杂质 Na2SO4；
◇用芳纶/环氧或碳/环氧外全缠热塑性塑料内料制作 全复合材料的天然气气瓶。它能清洁能源，安全 可靠，比钢瓶减重一半以上。
◇国外研制将它用于电动汽车和电、气混用汽车的贮 能飞轮。
芳纶应用于防弹制品
◇硬质防弹装甲板 芳纶复合材料板、芳纶与金属 复合装甲板、芳纶与陶瓷复合装甲板广泛用于 防弹装甲车、防弹运钞车、直升飞机防弹板、 战舰装甲防护板和防弹头盔。
芳纶应用于基础设施和建材方面
◇芳纶短切纤维用环氧系列的粘合剂缓慢地固化后， 放入揽拌机中与水泥混合，然后在挤出成型机 中制成一定厚度的预制件；
◇用芳纶连续纤维作为加强筋，加入混凝土或上述 短纤维增强的混凝土中代替钢筋；
◇将连续纤维编织物增强环氧的网状固化物铺入混 凝土内进行加强。
◇芳纶增强混凝土用于桥梁、桥墩、高楼壁板及大 型建筑物及它们的修复、海洋工程结构、化工 厂设施等。具有强度高、质量轻、耐腐蚀和寿 命长的优点。
◇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
现各向异性（在轴向，和E高；在横向，和E均较
低）。
◇苯环呈大共轭键（键），它难于旋转，所以，大分 子链具有线性刚性伸直链（棒状）构型，从而赋予 Kevlar纤维高强度、高模量和耐热性。
（3）芳纶的性能
◇荷兰和美国的多家飞机公司利用ARALL制造机翼下蒙皮和 机身段蒙皮以及机舱门。
我国芳纶纤维目前生产应用的状况以及存在的问题修正
我国芳纶纤维目前生产应用的状况以及存在的问题近年来，我国一直致力于芳纶纤维国产化、规模化的技术开发，芳纶纤维也被中国化纤工业协会列为“绿灯项目”。
但由于芳纶纤维具有重要的战略意义，发达国家对其一直实施技术封锁和有限禁运，导致国内芳纶产业起步晚，多层技术壁垒尚未根本破解，严重制约了产业发展。
专家指出，在夹缝中求生存的我国芳纶纤维产业如何集中优势力量抓紧突破国外技术壁垒，提早实现产业化已显得至关重要。
一、芳纶纤维的特性凡聚合物大分子的主链由芳香环和酰胺键构成，且其中至少85%的酰胺基直接键合在芳香环上，每个重复单元的酰胺基中的N原子和羰基均直接与芳香环中C原子相连接并置换其中的一个H原子的聚合物纤维称为芳香族聚酰胺纤维，我国定名为芳纶纤维。
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。
而全芳香族聚酰胺纤维中已经实现工业化的纤维，主要是对位芳纶和间位芳纶，这两大类芳纶的主要区别是，酰胺键与苯环上的C原子相连接的位置不同( 如图1)。
杂环芳香族纤维是指含有 N，O，S等杂原子的二胺和二酰氯缩聚而成的纤维，如有序结构的杂环聚酰胺纤维等。
[1-4]图1芳纶分子式芳纶纤维具有超高强度、高模量、耐高温、耐酸碱、质量轻等优良性能，其中比强度是钢的5 ～ 6倍，模量是钢丝和玻璃纤维的2 ～ 3倍，韧性是钢丝的2 倍，而密度仅为钢丝的1 /5 左右。
芳纶是综合性能优良、产量最大、应用最广的高性能纤维，在高性能纤维中占有重要的地位，在国防，航空航天，汽车减重节能减排，新能源开发等各方面具有不可替代的作用。
[5]二、芳纶纤维的分类芳纶主要分为两种：间位芳纶和对位芳纶。
2.1 间位芳纶间位芳纶，即聚间苯二甲酰间苯二胺纤维，我国称之为芳纶1313。
间位芳纶具有长久的热稳定性，这是其最重要的特性，可在200 ℃高温下长期使用不老化，具有极佳的尺寸稳定性。
间位芳纶具有本质阻燃性，其极限氧指数值(LOI)＞28 %，在空气中不会自燃、融化，也不会产生熔滴，离焰自熄。
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芳纶纤维特点及应用
芳纶纤维，又称为聚酰亚胺纤维（Polyaramid Fiber），是一种高强度、高模量、耐热、耐化学品腐蚀的合成纤维。
它的英文名称为Aramid Fiber，具有对应力、电子和热量有很好的抵抗性能，因此在航空航天、国防军事、汽车、建筑、体育用品等领域有着广泛的应用。
芳纶纤维的主要特点如下：
1. 高强度：芳纶纤维的强度为普通纤维的5-6倍，比钢的强度还要高，是目前最强的合成纤维之一。
2. 高模量：芳纶纤维的模量非常高，使其在受力时能够保持形状稳定，不易变形。
3. 耐热性：芳纶纤维能够在高温下保持良好的性能，能够承受高达400的温度，具有很好的耐火性能。
4. 耐化学品腐蚀性：芳纶纤维能够在强酸、强碱等腐蚀性环境下保持稳定，不受化学品的腐蚀。
5. 耐磨性：芳纶纤维具有很高的耐磨性，不易磨损和断裂，能够保持长时间的使用寿命。
6. 低密度：芳纶纤维的密度比钢和其他合成纤维低，使得使用芳纶纤维制成的材料更加轻便。
芳纶纤维在许多领域有着广泛的应用：
1. 航空航天：芳纶纤维因其轻量化、高强度、高模量等特点，被广泛应用于制造飞机、导弹、卫星等航空航天设备中，如制作航空飞行器舵面、发动机零部件等。
2. 国防军事：芳纶纤维的高强度和耐热性使其成为制造防弹衣、制止子弹的优质材料。
其轻量化的特性也能增加士兵的机动性和便携性。
3. 汽车：芳纶纤维可以用于制造汽车内饰、座椅材料以及其他零部件。
其具有良好的阻燃性和耐磨性，在车辆碰撞时，能起到一定的防护作用。
4. 建筑：芳纶纤维因其耐高温性能，被广泛应用于建筑行业中，如消防服装、防火遮阳板等，能够起到防火、隔热的作用。
5. 体育用品：芳纶纤维制成的材料可以用于制作体育用品，比如弓弩、箭杆、网球线、高尔夫球杆等。
其高强度和耐磨性可以提供更好的使用体验。
总之，芳纶纤维以其优异的性能在各个领域得到了广泛的应用，随着技术的不断发展和创新，芳纶纤维的应用领域将会越来越广阔。