芳纶(Nomex)纤维的性能及产品开发
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；
知识点三芳纶纤维)
知识点三 芳纶纤维
QGF－ 02防弹头盔
（采用我国自行研制的芳纶纤维制造的）
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知识点三 芳纶纤维
知识点三 芳纶纤维
（2）在舰艇、汽车、运动器材领 域的应用
利用芳纶低密度、高强、耐高温 、耐疲劳等特性，制作运动条件 苛刻的拳击手套，登山鞋靴，赛 车车体，舰艇车体、赛马头盔等 ，也可用于制作网球拍，滑雪板 ，滑雪捍雪橇，弓箭，弓弦，钓 鱼杆，风筝骨架和高尔夫球棍等 。
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知识点三 芳纶纤维
（ 3 ）在建筑结构加固工程 中应用的领域 芳纶布是一种理想的建筑工 程加固材料主要是桥梁、民 用建筑、工业厂房、柱子、 砌体、烟囱、水塔 、地铁隧 道的加固。
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二. 在安全防护中的应用
利用间位芳纶纤维的耐高温、阻燃性能不熔融，对位芳纶纤维 的高强度、耐高温燃、无热收缩性能开发安全防护用纺织品。
知识点二 芳纶纤维
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知识点三 芳纶纤维
主要内容
?3.1 芳纶纤维概述 ?3.2 芳纶纤维的结构与性能 ?3.3 芳纶纤维在产业用纺织品中的应用 ?3.4 芳纶应用技术
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知识点二 芳纶纤维
3.1 芳纶纤维概述 芳纶纤维
诞生于20世纪60年代末 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 。
对位芳纶（芳纶 1414 ）性能 中突出特点是 高强度和高模 量 ，稳定性很好，在高温下 仍能保持较高的强度，密度 低，减展性优良，且具有耐 磨，耐冲击，抗疲劳，低膨 胀，低导热，不燃，不熔等 突出的热性能以及优良的介 电性能。
芳纶纤维材料及其应用
芳纶纤维材料及其应用摘要：本文对芳纶纤维的发展概况，结构性能以及主要应用领域作简单介绍。
最后分析一下芳纶纤维的发展前景。
关键词：芳纶纤维材料；芳纶1313；芳纶1414；结构性能；应用；发展前景Aramid fiber material and its applicationAbstract：In this paper, the general development of aramid fiber, structure, performance and main application field are introduced.Finally, analysis of the development of the aramid fiberKey words:Aramid fiber material;Aramid 1313; Aramid 1414;Structure performance; Application; Future development1 芳纶纤维概况芳纶纤维即芳香族聚酞胺纤维，是以芳香族化合物为原料经缩聚纺丝制得的合成纤维。
芳香族聚酰胺纤维首先是由美国杜邦公司于1965年引入市场的。
这种间位取向的芳香族聚酰胺纤维称作Nomex。
上世纪70年代早期，杜邦公司开发了第二种产品即对位芳香族聚酰胺纤维Kevlar，并且此后一直占据芳纶的首要地位，直到1986年荷兰Akzo公司的Twaron、1987年日本帝人公司的Technora及俄罗斯的ARMOC纤维的出现，才使Kevlar独占体系崩溃。
[1]芳纶纤维工业化的产品有两种：芳纶1313（全称为聚间苯二甲酰间苯二胺纤维）和芳纶1414（全称为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维）。
芳纶纤维具有良好的抗冲击和耐疲劳性能，有良好的介电性和化学稳定性，耐有机溶剂、燃料、有机酸及稀浓度的强酸、强碱，耐屈折性和加工性能好。
它可用普通织机编织成织物，编织后其强度不低于原纤维强度的90%[2]。
知识点三 芳纶纤维
知识点三芳纶纤维芳纶纤维，这一在现代材料领域中占据重要地位的角色，正以其独特的性能和广泛的应用，改变着我们的生活和众多行业的发展。
什么是芳纶纤维呢？简单来说，它是一种高性能的合成纤维。
具有高强度、高模量、耐高温、耐化学腐蚀等优异特性。
芳纶纤维的强度非常高，比钢铁还要强好几倍。
这意味着在需要承受巨大力量的场合，比如航空航天领域，芳纶纤维可以大显身手。
飞机的机身、机翼等部件，使用芳纶纤维增强材料，能够减轻重量的同时，还能保证足够的强度和安全性。
高模量的特点让芳纶纤维在抵抗变形方面表现出色。
在一些对尺寸稳定性要求极高的产品中，如高端体育器材，比如网球拍、高尔夫球杆等，芳纶纤维的加入能够确保器材在使用过程中不易变形，从而提升运动员的使用体验和竞技表现。
耐高温性也是芳纶纤维的一大优势。
在高温环境下，它依然能够保持良好的性能。
这使得它在汽车发动机部件、防火服等领域得到了应用。
汽车发动机内部温度很高，使用芳纶纤维制造的部件能够承受这样的高温，保证发动机的正常运转。
而防火服则能够保护消防员在火灾现场免受高温和火焰的伤害。
耐化学腐蚀性使得芳纶纤维在化工领域有了用武之地。
化工厂中的许多设备和管道都需要面对各种腐蚀性化学物质的侵蚀，芳纶纤维制成的防护材料和部件能够有效地抵抗这些腐蚀，延长设备的使用寿命，降低维护成本。
芳纶纤维的种类也较为多样。
常见的有对位芳纶和间位芳纶。
对位芳纶的性能更为出色，强度和模量更高，主要应用于高端领域；间位芳纶在耐高温和耐化学腐蚀方面表现较好，常用于防护和工业领域。
在生产工艺方面，芳纶纤维的制备过程相对复杂。
需要经过多道工序，包括聚合、纺丝等环节。
而且对生产设备和技术的要求也很高，这在一定程度上限制了其产量和成本。
不过，随着技术的不断进步，芳纶纤维的生产成本正在逐渐降低，产量也在不断提高。
这将进一步推动其在更多领域的广泛应用。
在日常生活中，我们也能感受到芳纶纤维带来的便利。
比如一些高性能的防护手套、防护鞋等劳保用品，可能就添加了芳纶纤维，提高了防护性能。
知识点三芳纶纤维)
知识点三 芳纶纤维 3.4 芳纶应用技术
一.纺纱技术 由于芳纶纤维的模量相对其他合成纤维大，强力高、短纤维 无卷曲及其内在结构的特性、在纺纱过程中纤维摩擦静电较 大、在受到机械外力的作用时极易时纤维原纤化，形成大量 的棉结等纱疵，影响纱线质量。
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芳纶纤维的应用领域示意图
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一.增强材料
（1）在航空航天领域中的应用 对位芳纶具有密度低、强度高、耐 烧蚀性能好，可用于制造导弹固体 火箭发动机壳体，以及可与碳纤维 复合制造飞机、航天器的机身、主 翼、尾翼、控制线防护管等。芳纶 作宇航服的隔热层、飞行服、飞机 隔音层等。
① 偶联剂改性； ②表面刻蚀法改性； ③表面接枝法。
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物理改性法：
利用物理技术，使纤维表面变得更为粗糙，增加纤维表面活 性，纤维表面积增大，从而增加纤维与聚合物基体间的摩擦 力，提高界面间粘附性。 常用物理改性方法有：
①等离子体改性； ②超声波改性； ③高能射线改性。
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五.在电子电气材料领域中的 应用
芳纶纤维具有优异的力学性能， 电绝缘性能、高低温下尺寸稳定 ，较低的介电性能。在电子领域 是替代传统纤维的理想材料。可 用在特种印刷电路基板、雷达天 线罩、雷达天线功能结构部件以 及其它电工材料领域。
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芳纶1313
全称：聚间苯二甲酰 间苯二胺纤维
O
分子结构式： C
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，
高性能对位芳纶纤维
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。
芳纶纤维项目报告20110914
芳纶纤维项目报告一、芳纶纤维基础知识 (2)二、芳纶纤维产品市场应用 (2)1、芳纶1313纤维 (3)2、芳纶1414纤维 (4)3、共聚芳纶纤维 (6)三、芳纶纤维国内外技术研发状况 (6)1、间位芳纶纤维的制造技术 (6)2、对位芳纶纤维的制造技术 (7)3、共聚型芳纶的制造方法 (8)4、俄罗斯芳纶的制造方法 (8)5、我国间位芳纶发展状况 (9)6、我国对位芳纶发展状况 (9)7、我国共聚芳纶发展状况 (10)四、国内芳纶纤维项目建设情况 (10)五、芳纶纤维项目对于我司的重要意义 (10)1、国家相关政策的支持 (11)2、为我司步入高新技术产业打开突破口 (11)3、项目投资小，见效快，产品附加值高 (11)六、建议下一步技术调研工作计划 (11)1、考察芳纶纤维国内技术专利商 (11)2、考察芳纶纤维生产企业 (12)一、芳纶纤维基础知识我国将芳香族聚酰胺纤维定名为芳纶纤维。
芳纶具有超高强度、高模量、耐高温、耐酸耐碱、质量轻等优良性能，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、而质量仅为钢丝的1／5左右。
芳纶纤维最具实用价值的品种有3个：芳纶1313（芳纶Ⅰ）、芳纶1414（芳纶Ⅱ）和共聚芳纶（芳纶Ⅲ）。
芳纶1313即聚间苯二甲酰间苯二胺，是开发最早、产量最大、应用最广的有机耐高温纤维。
芳纶1313（间位芳纶）结构式如下：芳纶1414即聚对苯二甲酰对苯二胺，具有超高的强度、模量和耐高温性能，以及良好的绝缘性和抗腐蚀性，对位芳纶在高性能纤维中占据了核心地位，并被人们称为“王牌纤维”。
芳纶1414（对位芳纶）结构式如下：共聚芳纶是日本帝人公司和俄罗斯开发出的具有更高的力学性能的高档纤维，已用于俄罗斯战略战术武器，但目前产量较小，约为3000～4000t ／a。
二、芳纶纤维产品市场应用目前世界芳纶的生产能力约8.2万吨/年(其中，对位芳纶5.5万吨/年、间位芳纶2.3万吨/年)。
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芳纶（Nomex)纤维的性能及产品开发
2004-11-26 10:18:25 纪芳王万秀高鲁青王中珍山东省纺织科学研究院阅读1635次
国产阻燃纺织品，大多为纯化纤或纯棉后整理产品，普遍存在手感粗硬，强力低、遇火融滴等缺陷，集耐久性、服用性等综合性能于-体的高档耐久性阻燃纺织品多数依赖进口。
为了开发国内高品质的阻燃产品，替代进口，我们优选并采用了芳纶、阻燃粘胶纤维，综合芳纶、阻燃粘胶特性进行混纺(芳／粘65／35、 50／50)、织造及其印染后整理工艺研究，制定了从原料选配到纺纱、织造、漂染、柔软整理等-系列最佳生产丁艺路线，并通过其中关键技术的攻关，研制开发出具有耐久阻燃性能的芳纶系列产品，取得了良好的效果。
1 原料及产品性能
芳纶(Nomex)纤维属于芳香族聚酰胺类，为聚间苯二甲酰间苯二胺纤维。
具有优异的耐热性能；良好的阻燃性能和耐化学品性能；具有良好的机械性能；断裂强度高，伸长较大，手感柔软，高温下不软化，不熔融，仅炭化，燃烧时烟雾浓度低，且发热量低，耐洗涤，经多次洗涤阻燃性能保持良好，有较好的尺寸稳定性和服用性。
阻燃粘胶是一种含硅酸盐的纤维素纤维。
以纤维素为主体，其大分子内部形成硅酸盐分子网络和大量的化学结合水。
其物理机械性能与普通粘胶纤维相类似，不但吸湿透气易染色，而且耐酸耐碱耐虫蛀；与其他阻燃纤维相比较，成本低，无污染，可加工成各种纺织品。
并可通过自然生物降解成为有机和无机的混合土壤。
在燃烧条件下炭化成无毒的SiO2。
纤维技术指标如表1。
1．2 产品性能
产品具有柔软的手感，良好的蓬松性、悬垂性、吸湿透气性和较高的强力、耐磨性、悬垂性良好的布面光洁度、色牢度，以及遇火炭化不融滴等优良特性，从而满足高中档阻燃服装、装饰面料的质量要求。
2 工艺流程
我们以产品表面风格和提高织物服用性能为重点，围绕阻燃产品综合特性，制定了从纺纱、织造到染色、后整理等于艺设备流程及参数的研制方案，进行了反复实验、筛选、确定，达到了预期效果。
3 纺纱过程中解决的问题
由于芳纶纤维十分蓬松，弹性大，伸长率高，且加工时易积聚静电；阻燃粘胶纤维湿强低，耐磨性差，易起静电，纤维呈现脆性，纤维与纤维之间的抱合力差，成条困难，纱条膨松且强力较低，纺纱时存在断头率高等缺陷，在纺纱过程中着重解决以下几个问题：
(1) 纺制芳纶时要保持较高的加下环境湿度，以避免静电积聚。
梳棉相对湿度为60％；并条为55％-60％；细纱为45％～50％。
(2) 清梳丁序阻燃粘胶纤维湿强低，耐磨性差，采用低速度、中分梳、小牵伸、快转移千艺，以减轻对阻燃纤维的损伤和由于易起静电造成的缠绕现象，减少棉结、杂质与短绒。
芳纶纤维条子相对蓬松，清花丁序成卷时加压罗拉需要较高压力，以防止棉卷撕裂，圈条器及喇叭口等导条装置处保持光滑流畅，以减少摩擦。
(3) 因芳纶纤维长度为5lmm，粗纱捻度在2．357T／10cm左右，不宜太高。
采用较小定量和较小粗纱捻系数以降低细纱牵伸力不匀，从而减少了成纱粗细结、提高了纱条的条干均匀度水平。
细纱捻系数适当加大，一般取设计公制捻系数为383左右较合适。
(4) 细纱采用大的后区牵伸隔距及小的后区牵伸倍数，牵仲皮辊采用立达软皮辊以改善成纱条干，确保细纱质量。
(5) 采用门动络筒机络筒成型，既可减少纱疵、又可利用无接头纱提高布面质量。
(6) 由于芳纶纤维处于单纱和股线状态时都易发生扭曲，因此采用两次定捻，即单纱和股线各在85℃中定捻40min，以得到较好的伏捻效果，保证后道下序不产生小辫纱。
(7) 在纺有色芳纶纱时，捻度应较高以达到较好的成纱强力，合股纱的捻度应为单纱捻度的70％，并且捻向同单纱相反，以平衡扭矩。
4 产品品种及织造过程中解决的问题
4．1 产品规格
阻燃服装面料从服用性能需求出发，要求挺括、耐磨、美观；从安全性需求出发，要求阻燃、耐高温：在织物组织规格设汁时，首先考虑满足安全性要求；；织物的组织结构、重量、厚度等都会影响织物的燃烧性。
如纱线的捻度高，织物组织结构紧密，透气性小，不易与周围空气充分接触，燃烧就困难，同类组织结构的织物，单位面积的重量越重，越不易引
燃、根据以上分析．我们决定生产粗厚股线2／1左斜纹织物，基本达到预期效果、
产品规格：19．6 X 2／19．6 X 2315／212．5 119．5cm
4．2 织造过程中解决的问题
在整经时适当加大张力圈重量，防止产生小辫纱，保证经轴卷绕密度；浆纱时选择适当的浆料和上浆温度，保证纱线毛羽服帖、表面光滑，避免纱线粘连，提高纱线强度，保持纱线-定的柔软度、伸长度，从而使织造过程开口清晰，断头减少；织造时，适当加大上机张力，以使布面平整，纹路清晰。
5 染色工艺
由于粘胶纤维湿强力要比干强力低得多，因此，在湿处理过程中，要尽可能进行松式加下或低张力加工。
另外，由于粘胶纤维结晶度、取向度、聚合度和杨氏模量都比较低，也要求尽量采用松式加工。
因此我们选择溢流染色机染色。
5．1 生产设备：溢流染色机
5．2 工艺流程
坯布→烧毛→退浆→染色→后处理
5．3 烧毛、退浆
因坯布表面有不规则的茸毛存在，需对其进行烧毛加工，采用二正二反，烧毛级数应达3级-4级。
采用碱退浆对化学及天然浆料、油剂和蜡质都有较好的去除效果。
下艺条件如表2所示。
5．4 染色
因芳纶纤维不易染色，我们采取只染阻燃粘胶的方法进行染色。
采用B型活性染料；B型活性染料以一氯均三嗪基团为连接基，在染色母体上引入乙烯砜硫酸酯，使之兼有两种活性基团的优点，染色性能稳定，，刮色率高、匀染性好，对染色于艺条件的变化有相当大的适应弹性。
染色处方：B型活性染料(o.w.f)： 2％；NaSO4：： 25 g／
L； NaC03： 25 g／L；温度：60℃；浴比： l：1 0
染色厂艺(见曲线图1)：
5．5 定型
芳纶混纺织物的热性能不同于其它合成纤维织物。
由于芳纶织物的耐热性，能够在高于标准条件时保持尺寸稳定、为了提高芳纶混纺织物的尺寸稳定性，应在180℃x 30s条件下定型；
6 结语
该产品经过从原料的选用、工艺方案的实施及半成品质量等逐道工序的严格把关、优化厂工艺参数、修正了不利于产品质量的因素，解决了阻燃纤维在纺纱、织造、染色、后整理过程中的技术难题，成品阻燃整理前后的阻燃检验指标达到GB8965-1998阻燃防护服、GB50222-1995建筑内部装修设计防火规范标准要求。
产品永久性阻燃效果明显，织物强力高，柔软舒适，经多次洗涤后不影响阻燃效果，阻燃防护效果理想、赢得了消费者的欢迎，获得了良好的经济效益。