高性能对位芳纶纤维
芳纶纤维
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（3）应力－应变曲线是一条直线，属于脆性断裂。断裂延伸率 2.5%，高于CF低于GF。
（4）密度小。 Kevlar-49的密度1.45g/cm3，低于GF、CF， 导致较高的比强度。 (5)良好的韧性:分子主链上苯环间仍有柔顺的链节，微纤呈周期 性弯曲，分子间氢键连接，使纤维具有一定的韧性。 (6)各向异性。由子轴向是伸直的分子链，以化学键相连；横向 分子链间仅以氢键作横向联结，使纤维具有各向异性特点，其 横向强度及模量远低于纵向强度及模量。
(3)汽车工业
大量用作橡胶轮胎的帘子线、高压软管、排气管、摩擦材料和刹车片、 三角皮带、同步齿轮带等传动带、大型运输车和冷藏车的车厢。最近广泛 用作清洁能源的天然气的高压气瓶。
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2．防弹制品
(1)硬质防弹装甲板
芳纶复合材料板、
芳纶与金属复合装甲板以及芳纶与陶瓷复合装甲板已
广泛用于防弹装甲车、防弹运炒车、直升飞机防弹板、 战舰装甲防护板。也可用作防弹头盔。
的软质防弹材料，比超高分子量聚乙烯纤维的防弹性
能和耐热性更好。
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3．缆绳方面的应用
芳纶可用作航空航天的降落伞绳、舰船及码头用缆绳、海上油田用支 撑绳、深海系留绳等。也可用作光纤通讯电缆的加强件和复合材料芯杆。
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4．基础设施和建材方面
1、挡土墙加筋； 2、软土地基加筋，均化应力 3、高填方边坡 防护，提高基底稳定性
Kevlar-49化学结构的三个特征： ①含有大量的苯环，内旋转困难，为处于拉伸状态 的刚性伸直链晶体； ②苯环与酰胺键交替排列，全处于对位，规律性好， 对称性好，结晶性好；
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。
2014-6-6
芳纶制的绳 防弹衣
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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。
芳纶的分类档
芳纶的分类德国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。
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。
热压改善对位芳纶纸结构和性能的机理研究
热压改善对位芳纶纸结构和性能的机理研究热压改善对位芳纶纸结构和性能的机理研究摘要：对位芳纶纸是一种具有良好绝缘性能和高温稳定性的工程纸张。
然而，其纤维结构和性能需要进一步改善。
本研究通过热压处理对位芳纶纸，研究热压对其结构和性能的影响，并深入探讨热压改善对位芳纶纸的机理。
1. 引言对位芳纶纸是一种重要的工程纸张材料，具有出色的绝缘性能和高温稳定性，广泛应用于电力设备、电池隔膜等领域。
然而，对位芳纶纸的纤维结构存在较大的改进空间，进一步改善其性能是必要的。
2. 实验方法本研究选取对位芳纶纸作为研究对象，采用热压处理来改善其结构和性能。
首先，将对位芳纶纸样品置于热压机中，施加一定的温度和压力进行处理。
然后，通过扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）等手段，对热压前后的纤维结构和化学组成进行研究。
此外，还测试了样品的机械强度、热稳定性等性能。
3. 结果与讨论经过热压处理后，对位芳纶纸的纤维结构发生明显改善。
SEM结果显示，热压后的纤维排列更加紧密，出现了更多的纤维交叉连接。
与此同时，FTIR分析发现，热压处理过程中，纤维表面发生了链结构的重组。
这种重组使得对位芳纶纸的化学键更紧密，提高了其热稳定性。
在机械性能方面，热压处理显著提高了对位芳纶纸的强度和韧性。
与未处理样品相比，经过热压处理的对位芳纶纸强度提高了约30％。
这是因为热压处理改善了纤维的结构，减少了纤维之间的孔隙，提高了纤维的接触面积和结合强度。
4. 机理探讨热压改善对位芳纶纸的机理主要包括两个方面。
首先，热压处理使纤维更加紧密排列，增加了纤维之间的接触面积，提高了纤维的结合强度。
其次，热压处理改变了纤维表面的化学键结构，增加了链结构的重组，使纤维之间的连接更加紧密，提高了纤维的热稳定性。
5. 结论本研究通过热压处理对位芳纶纸，探索了热压对其纤维结构和性能的影响，并深入研究了热压改善对位芳纶纸的机理。
结果表明，热压处理能显著改善对位芳纶纸的纤维结构，提高其热稳定性和机械性能。
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
2. 对位芳香族聚酰胺纤维 (1)聚对苯甲酰胺（聚对胺基苯甲酰）纤维Poly（P-benzamide） 聚对苯甲酰胺（聚对胺基苯甲酰）纤维 聚对苯甲酰胺 （ ） 简称PBA纤维。 纤维。 简称 纤维
NH
CO n
(2)聚对苯二甲酰对苯二胺纤维 聚对苯二甲酰对苯二胺纤维 Poly（P-Phenlene terephthalamide）简称 （ ）简称PPTA纤维 纤维
简单流程图 第一阶段
第二阶段
1. Kevlar的缩聚工艺 Kevlar的缩聚工艺 （1）原料 ） 1）对苯二甲酰氯 ） 2）对苯二胺 ） 3）溶剂 ） （2）缩聚反应 ）
（3）操作方式和特点
方式名称 操作过程 方法特点
间隙缩聚 N2气保护下聚合物单体溶 设备利用率低 液在反应器中缩聚， 液在反应器中缩聚，除去 限制大规模生产 产物中的盐酸和溶剂（ 产物中的盐酸和溶剂（ 聚合物成本低 连续缩聚 气相缩聚 将对苯二胺和对苯二甲酰 不需要溶剂 氯及氮气在反应器中进行 产物纯度高 气相缩聚 纤维性能高
液晶的基本概念
物质的状态:固态，液态，气态 物质的状态:固态，液态，
气态： 气态： 液态：具有高的流动性， 液态：具有高的流动性，构成液体的分子能够在整个体积中自由 移动，不具有长程有序，各向同性。 移动，不具有长程有序，各向同性。 固态：具有一定的形状， 固态：具有一定的形状，构成固体的分子或原子在固体中具有有 序规整的排列，具有长程有序，具有各向异性。 序规整的排列，具有长程有序，具有各向异性。 液晶（ ）：是介于各向同性的液体和完全有序的晶 液晶（Liquid Crystals）：是介于各向同性的液体和完全有序的晶 ）： 体之间的一种取向有序的流体，它既有液体的流动性， 体之间的一种取向有序的流体，它既有液体的流动性，又有晶体 的双折射等各向异性的特征；是一种中间态。 的双折射等各向异性的特征；是一种中间态。
芳纶纤维表面处理简介
虽然芳纶纤维具有很多优异的性能，但是它的表面活性基团少，活性低，使得芳纶纤维和基体材料结合的不好，限制了它的应用，因此，对芳纶进行预处理，显得尤为重要，芳纶纤维改性后，表面大分子链排列规则性变差并且在表面生成一些活性官能团，例如C=O、-OH、-COOH和NH2等。
这些官能团可以与基体材料发生化学反应或生成氢键，从而达到改善复合材料界面性能的目的。
一、芳纶纤维的表面处理方法及效果1.1 物理法物理法包括：表面涂层、高能射线辐照、等离子改性、超声浸渍等。
表面涂层是指在纤维表面涂覆一层有机物，该有机物涂层与纤维和基体均有较好的相容性，作为纽带增加芳纶纤维与基体的结合力。
高能射线辐照改性是指通过高能射线的辐照，使芳纶表面化学官能团增加或接枝上其他化学物质。
高能射线辐照包括：γ射线辐照、X射线辐照等。
分别在氮气和空气的氛围中，用γ射线辐照Armos纤维，在600KGY的辐照强度下得到了最佳的辐照效果。
通过X射线光电子能谱、XRD、扫描电镜、原子力显微镜对改性前后Armos纤维的表面元素、晶型、表面形貌进行了表征，并测试了辐照前后Armos纤维/环氧树脂的界面剪切强度和单丝拉伸强度。
发现，辐照后，Armos 纤维表面的氧元素含量增加，在空气氛围中，O/C比由0.206增加到了0.258，在氮气氛围中，增加到了0.254；辐照前后，Armos纤维晶型未发生明显变化；改性后，Armos纤维表面生成很多沟槽，粗糙度明显增加；改性后，Armos 纤维/环氧树脂的界面剪切强度由60.59MPa分别增加到了70.1MPa（空气氛围中）和71.3MPa（氮气氛围中），分别提高了15.8%和17.7%；但是，Armos纤维的单丝拉伸强度有所降低。
等离子体改性分为冷等离子表面改性和等离子体表面接枝，冷等离子表面改性是在电场的作用下使电场中的稀薄气体加速运动发生碰撞而形成离子、电子、激发态或亚稳态，这些高能粒子轰击材料表面，引起材料表面的化学键打开，生成自由基，这些自由基相互作用进而在材料表面生成各种极性基团，可与复合材料基体发生化学反应或形成氢键，从而改善纤维与基体的界面性能。
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高性能对位芳纶纤维
化学名称：聚对苯二甲酰对苯二胺(英文名称简称PPTA)
英文名称：polyterephthaloyl-p-phenylene diamine fibre
国外商品名称： Kevlar（凯芙拉）、Twaron（特威隆）等
芳纶1414是目前世界上生产规模最大的高模量、高强度、耐高温、
耐酸碱、质量轻等优良性能的有机纤维。比强度是钢丝的5~6倍，比模
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。广泛应用于国防、航天航空、信息产业、防弹衣、土要建筑、
密封填料等领域，有“合成钢丝”的美誉。对位芳纶主要用于飞机的零部
件制造，以及军工领域、光缆的外包、防弹衣等领域，是国家经济建设
和国防建设中不可缺少的新材料，其短纤维可广泛地用作增强材料制作
高强度芳纶纸等；芳纶浆粕是代替短纤维石棉的首选材料，可广泛地用
做填料、耐磨材料。是国家高技术产业发展的基础材料，国防和国民经
济建设不可缺少的材料，是一种十分重要的战略物资。
芳纶1414的应用领域非常广泛，典型应用见下表：
最终用途 最终用途 重要属性
复合材料
用于飞机和集装箱的织物 质量轻
压力容器 强力高
造船 模量高
运动器材 冲击强力好
塑料添加剂 耐磨耗性
土木工程 强力高
防护材料 防割破手套 耐割破性
防割破座椅面层
轮胎
卡车和飞机轮胎 密度低
高速轮胎 质量节省
摩托车轮胎 强度高
自行车轮胎 尺寸稳定性 收缩率低
耐刺破性
机械橡胶制品
输送带 强力高
传动带 模量高
汽车用软管 尺寸稳定性
液压系统软管 耐热性
近海软管
耐化学性
临时管缆
摩擦产品和垫圈 刹车材料 纤维原纤化结构 离合器面材 耐热性 垫圈 耐化学性
触变添加剂 可燃性低
工业用纸 机械性能
绳缆 空中纤维光缆 强力高 传统纤维光缆 模量高 电缆 尺寸稳定性 机械构筑缆 密度低
系船缆绳 耐腐蚀性 介电性良好
耐热性
生命保护
防弹背心 强度高
头盔 能量分散性高
财产防护板 密度低和质量减
轻
交通工具保护 舒适性
战略性设备屏蔽 强度高
国产对位芳纶纤维历经多年攻关，各项工业化技术难关全部攻克，
单体装置达1000吨级的芳纶1414产业化项目已顺利投入生产，成为国
内第一家自行设计，用国产设备、国产原料、具有完整自主知识产权实
现规模化生产的企业。国外发达经济体技术垄断封锁数十年之久的重要
军事战略物资——芳纶1414实现了国产化，填补了国内空白，使我国
特种纤维的生产技术向国际先进行列迈出了重要的一步。
高性能芳纶1414纤维具有以下优异性能：
高强度 比拉伸强度达钢纤维的5~6倍
高模量 比模量的钢纤维的2倍
卓越的耐高温性能 玻璃化温度高，热稳定性好
柔韧性强 柔软无脆性，抗强冲击
阻燃性 自熄性好，极限氧指数高
耐化学药品性 良好的抗溶剂，耐腐蚀性
优良的抗割裂性
导热率低，温变系数小，尺寸稳定性高
密度小，质量轻
高模量、高强度的高性能芳纶1414纤维必将带动我国高科技纤维
及功能纤维的发展，为社会创造巨大价值。