对位芳纶纤维生产工艺开发与应用
对位芳纶纤维生产工艺开发与应用
(2007-4-13) 阅读数：4957
一、前言
对位芳纶简称对位芳香族聚酰胺纤维，其中的聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）纤维，由于PPTA表现出溶致液晶性，是一种重要的主链型高分子液晶。高分子液晶的工业化是以对位芳纶的另一个差别化产品是浆粕纤维（PPTA-pulp）。它具有长度短（小于等于4mm）、毛羽丰富、长径比高、比表面积大（可达7-9m2/g）等优点，可以更好地分散于基体中制成性能优良的各向同性复合材料，其良好的耐热性、耐腐蚀性和好的机械性能，在摩擦密封复合材料(代替石棉)中得到了更好的应用。某些国家浆粕的应用高达芳纶用量的96％。
二、对位芳纶的发展历史
美国杜邦公司1972年投产的PPTA纤维(商品名Kevlar)系列为先导的。该纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐酸碱、耐大多数有机溶剂腐蚀的特性，且Kevlar纤维尺寸稳定性也非常好。因此，对位芳纶的特点使得它在航天工业、轮船、帘子线、通信电缆及增强复合材料等方面得到了广泛的应用。
我国的清华大学、东华大学、晨光化工研究院、上海合成纤维研究所及巴陵石化有限责任公司等单位先后开展过PPTA的合成及纺丝研究工作。“七五”期间，国家在南通投资兴建了30吨/年的PPTA合成中试装置，但由于存在一些技术上的问题，已于1991年停运。最近几年来，广东新会已开始试产PPTA纤维，设计能力为500 吨/年，仍采用国外相近的传统生产方法，但其产品的性能及价格明显不如美国杜邦的Kevlar纤维，最近几年来仍处于中试阶段 但对位芳纶由于一些关键的技术问题没有解决，仍没有实现国产化。加快其开发及产业化步伐，已成为促进我国国防军工及相关产业快速发展的迫切需要。
从对位芳纶的历史价格趋势观察获悉：自对位芳纶问世以来，其价格呈现戏剧性的变化。最初，Kevlar芳纶价格高达100﹩/kg，随着产量增加其价格逐渐下降，1978年降到25-45﹩/kg。90年代初，荷兰AKZO公司推出对位芳纶Twaron，竞争加剧导致对位芳纶价格下降，最低时降到约15﹩/kg，被认为是无法投资盈利的水平。为了有利可图，杜邦和帝人公司联合上调价格，加上9.11事件对芳纶需求的影响，目前对位芳纶的价格比90年代中期提高了30-40%，约为25~35﹩/kg。据介绍，芳纶应用于普通轮胎的性价比平衡临界点是12﹩/kg，而当前国际市场芳纶的价格约为30﹩/kg。
三、对位芳纶的主要性能
对位芳纶最突出的性能是其高强度、高模量和出色的耐热性。同时，它还具有适当的韧性可供纺织加工。标准PPTA芳纶的重量比拉伸强度是钢丝的6倍，玻纤的3倍，高强尼龙工业丝的2倍；其拉伸模量是钢丝的3倍，玻纤的2倍，高强尼龙工业丝的10倍；在200℃下经历100hr，仍能保持原强度的75％，在160℃下经历500hr，仍能保持原强度的95％。据此，对位芳纶大多被用作轻质、耐热的纺织结构材料或复合结构增强材料。对位芳纶性能的缺点是压缩强度和压缩模量较低、耐潮湿和耐紫外辐射性差、表面与基体复合粘合性差。为了适应不同的应用需要，厂商开发了不同型号的对位芳纶品种，对位芳纶的主要应用特性如下表1所示。
表1 对位芳纶的主要应用特性
商品牌号 应用 密度 拉伸 拉伸 伸长率 LOI 分解 吸湿率
特性 g/cm3 强度 模量 ％ 温度 ％
cN/dtex cN/dtex ℃
Kevlar 29 标准 1.44 20.3 490 3.6 29 500 7
Kevlar 49 高模 1.45 20.8 780 2.4 29 500 3.5
Kevlar 119 高伸 1.44 21.2 380 4.4 29 500 7
Kevlar 129 高强 1.44 23.4 670 3.3 29 500 7
Kevlar 149 高模 1.47 16.8 1150 1.3 29 500 1.2
Twaron Reg 标准 1.44 21 500 4.4 29 500 6.5
Twaron HM 高模 1.45 21 750 2.5 29 500 3.5
Technora 高强 1.39 24.7 520 4.6 25 500 2
Armos 高强高模 1.43 35-39 1050 3.5-4.0 39-42 575 2.0-3.5
Rusar C 高强高模 1.46 36.3 1074 2.6 35 575 2.25
Rusar HT 高强高模 1.47 34.7 1200 2.6 45 575 1.35
另外，据悉俄罗斯的芳纶性能最好，芳杂环共聚芳纶是俄罗斯的强项，但其产业化水平不高，在世界市场上所占份额很少。若按性能高低排序，几种俄罗斯芳纶依次为Rusar ®、Armos
®、SVM ®、Terlon系列，其中Rusar ®系列是俄罗斯芳纶的最新品种。
四、对位芳纶的纺丝工艺
1.一步法制备工艺
由于对位芳纶两步法纺丝过程复杂，生产成本较高。由于硫酸有腐蚀性，对设备的要求很高，且残存的浓硫酸会使纤维在纺丝过程中导致聚合物的降解，这就限制了纤维的强度和模量。为缩短流程、简化工艺，因此，人们探索出由聚合物原液直接纺丝制纤维的新工艺。
1.1 旭化成公司工艺
旭化成公司生产对位芳纶，其工艺流程图如图1所示。
1.2 帝人公司工艺
该公司采用新单体低聚二胺聚合，其生产工艺如图2所示。
1.3 直接成纤工艺
褚风奎等人的直接成纤工艺把缩聚后的聚合溶液不经纺丝，直接处理得到短纤维。该法中聚合物溶液由NMP、氯化锂、吡啶和PPTA构成，其中聚合物的浓度必须要能行成液晶态，以保证后续沉析过程的顺利进行。该工艺受搅拌速度的影响很大，一般搅拌速度增加会造成短纤维长径比增加。由该法获得的短纤维长度为1-50 mm，直径为2-100μm。其简化工艺流程如图3所示。
2.两步法制备工艺
杜邦公司的Kevlar纤维用两步法工艺，其步骤如下：(1)溶解。将合成好的聚合物与冷冻浓硫酸混合，固含量约为19．4％ ；(2)熔融。将混合好的纺丝液加热到85~C的纺丝温度，此时形成液晶溶液；(3)挤出。纺丝液经过滤后用齿轮泵从喷丝口挤出；(4)拉伸。挤出液在一个被称为气隙的约为8mm的空气层，在气隙中进行约为6倍的拉伸；(5)凝固。液态丝条在温度为5-20℃质量分数为5％-20％ 硫酸的凝固浴中凝固成形；(6)水洗/中和/干燥。丝条从凝固浴出来后水洗，在160-210℃加热干燥；(7)卷绕。干的Kevlar纤维在卷筒上卷绕。此工艺的纺丝速度大于200 m/min。 五、对位芳纶产需以及应用情况
1. 对位芳纶的生产状况
三大高性能纤维中，芳纶的产量和需求量是最大的，回顾1995年世界对位芳纶的产量约4.2万吨，2004-2005年期间年对位芳纶世界总产量约5.5万吨。对位芳纶的生产商主要是Dupont公司和Teijin公司两家，其产量分别约占世界对位芳纶总产量的55%和45%，其它国家或公司仅有少量生产。据报道，近年来世界对位芳纶需求年增长率为10％以上。为此，Dupont公司计划在未来几年内把现有Kevlar的产能提高50％；Teijin公司则从2000年收购Twaron业务以来进行了三次大规模扩产，近期产能计划达到23000吨。
我国进行现代化建设也迫切需要发展高性能芳纶，目前年用量在3000吨以上。上世纪80年代起，我国开始进行对位芳纶的研制工作，先后多家单位开发过芳纶Ⅰ、芳纶Ⅱ、芳纶Ⅲ（类似俄罗斯芳纶），但一直处于小试和中试阶段，尚未实现产业化。目前，国内多家单位正在实现对位芳纶产业化。
2．对位芳纶的需求分析
近年来，随着世界经济和科技的快速发展，对位芳纶的用途不断扩展，尤其在复合材料、轮胎橡胶、建筑和电子通讯领域的应用进展显著。经过40年的研究开发，对位芳纶从少量应用于军工、航天的特殊材料将发展成为在工业和民用领域也广泛使用的标准材料。不仅如此，当前活跃的对位芳纶改性和差别化研究也预示其正在快速成为一类通用材料的发展趋势。
最近几年来，全球对位芳纶需求量大约为5.5-5.7万吨，消耗量年增长率约为10-12%。目前，全球对位芳纶仍然处在供应十分紧缺的状态下，原因是绝大部分对位芳纶生产量仍然控制在杜邦和帝人两家公司手中，其他公司生产能力有限；加之曾经发生的9.11事件以来对防弹级芳纶的需求增长，加剧了对位芳纶的供应短缺。为此，杜邦和帝人公司多次进行扩产，其它公司也积极开发。预计2007年对位芳纶世界年产量大概在6万吨左右。
回顾1995年我国对位芳纶的年用量是50吨，到了2005年以后已经达到了3000吨，10年之间增长了60倍。
3.芳纶的应用领域
作为一类高性能材料，对位芳纶的优异性能在不同的领域被开发应用。实际上，对位芳纶不但可以单独用作各种结构材料和功能材料，而且还可与其它材料复合应用。
目前芳纶的主要消耗领域是橡胶工业、摩擦密封材料、防弹防护、复合材料和绳缆市场。尤其是对位芳纶在橡胶工业领域的用量稳步增长，年增长率接近10％。2002年轮胎占对位芳纶总用量的10％，橡胶制品占13％；在橡胶制品中，胶管、传动带和胶料用短纤维的用量百分比分别为41％、26％和14％。根据芳纶最终用途的市场区分，对位芳纶的用途分类如下表2所示。
表2 对位芳纶的用途分类 用途分类 最终用途举例 应用特性
轮胎 飞机轮胎，赛车轮胎，高速轿车轮胎，货车和工程车轮胎，摩托车轮胎，自行车轮胎 重量轻，强度高，模量高，尺寸稳定，收缩率低，耐刺破
橡胶制品 输送带，传动带，汽车用软管，液压系统软管，海洋勘探用软管，油气管道，胶辊，涂覆织物，空气弹簧 强力高，模量高，尺寸稳定，耐热好，耐化学品
防弹材料 防弹衣，头盔，防弹护甲，交通工具保护，战略设施保护 强度高，能量耗散性好，质量轻，舒适性好
防护服装 消防服，防火毯，耐热工作服，阻燃织物，防切割手套，耐切割座椅面料 耐热性，阻燃性，耐切割性
摩擦密封绝缘材料 刹车衬带，离合器衬片，密封圈，盘根，垫圈，触变剂，工业用纸，绝缘材料 纤维原纤化，耐热性，耐化学腐蚀，阻燃性，机械性能好
复合材料 航天航空结构件增强，造船，高速列车厢内隔板，压力容器，集装箱结构，运动及休闲器具，塑料添加剂，土木工程，混凝土加固 质量轻，强度高，模量高，耐冲击，耐磨耗
绳缆 管道电缆增强，通用电缆增强，机械结构用绳缆，船用缆绳 强度高，尺寸稳定性好，耐腐蚀，耐热，介电性好 通讯电子器材 光缆增强材料，机载星载舰载雷达罩，透波结构材料，轻型天线，特种印刷线路板，电子电器运动结构件，控制操纵用电缆 强度高，模量高，尺寸稳定性好，透波性好，绝缘性好
六、国际市场上开发的对位芳纶新产品
为了适应客户的需求，除标准型的芳纶外，芳纶生产商不断开发出新的产品。
1. Teijin公司
芳纶纤维纸的制备及应用
材料制造％应用
19
作者简介
：崔广智，在
读硕士研究生，工程
师，泉林纸业夏津有
限公司主任。
将聚芳胺纤维利用造纸技术抄造成纸，再经过热
压成型制备成芳纶纤维纸。这张“芳纶纸”虽然它叫纸
但它却又不是普通的纸,它具有密度小、比强度大、比
刚度高、抗冲击、突出的耐腐蚀和自熄性，以及良好的
高温稳定性和透电磁波性能等特点，广泛应用于高温
绝缘材料、航空航天和高性能电子器材等领域叽
1
芳纶纸的分类及特点
芳纶纤维主要是由酰胺键（-CO-NH-
）和芳香环
组成的线型高聚物叫是一种高强度、高模量、耐温性和
绝缘性良好的新型合成纤维。芳纶纤维的比强度是钢
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
!2
#。目前较有代
表性并在国外已工业化的芳纶主要有两大类：间位芳
纶（芳纶1313
）和对位芳纶（芳纶1414
）。间位芳纶纤维
是低模量纤维,对位芳纶纤维是高模量纤维;前者伸长
率高，后者伸长率低。反映在成纸性能上，对位芳纶纤
维芳纶纸的伸长率低于间位芳纶纤维芳纶纸的伸长
率味对位芳纶和间位芳纶纤维的主要性能如表一。
表一芳纶纤维的性能
芳纶纸根据芳纶纤维原材料不同，分为间位芳纶
纸和对位芳纶纸。间位芳纶纸，也称间位芳香族聚酰胺芳纶纤维纸的'备及应用
崔广智
12姜笃建
1-2
1•青岛科技大学
（266422）
2•山东泉林纸业夏津有限公司
（253200）
Preparation and Application of Aramid Fiber Paper
CUI Guang-zhi JIANG Du-jian
纸（
简称芳纶纸）
，是用纯间位芳纶（
聚间苯二甲酰间苯
二胺纤维）
制成的一种特种纸，具有高强度、低变形、耐
高温、耐化学腐蚀、阻燃和优良的电绝缘性能,广泛应
用于国防、航空航天、高速列车、电工绝缘等领域，是一
种关系国家安全的高科技新材料铁对位芳纶纸，是以
对位芳纶短纤维和对位芳纶沉析纤维（芳纶浆粕）为原
芳纶的生产以及在军事、国防和航天航空上
芳纶的生产以及在军事、国防和航天航空上
的应用现状和发展趋势
内容摘要：芳纶是一种耐高温的高强高模特种纤维。已工业化的芳纶主要是芳纶 1313（聚间苯二甲酰间苯二胺纤维）和芳纶 1414（聚对苯二甲酰对苯二胺纤维）两大类。根据其特性，本文主要阐述了芳纶在军事、国防和航空航天上的生产，并简述了它们在国内外的应用现状和发展趋势。
关键词：芳纶纤维 军事 国防 航天 航空 生产 应用 发展趋势
一、芳纶的生产
（一）芳纶1313的生产及特性
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，产品注册为Nomex®(诺美克斯)。其制备方法为：以间苯二胺和间苯二甲酰氯两种单体为原料,以二甲基乙酰胺或四氢呋喃为溶剂进行低温溶液聚合。聚合时应加入三乙胺、无机碱类化合物等酸吸收剂。反应完成后用碱中和, 经过滤、脱泡后直接进行干法或湿法纺丝。干法纺丝一般用于纺制长丝,喷丝孔数较少, 纺丝速度较高,
纤维质量较好, 但设备较复杂, 生产成本也较高。而湿法纺丝喷丝孔数可达30 000 孔以上, 设备简单, 产量高, 生产成本低, 适于生产短纤维, 但纤维质量比长丝稍差。初生纤维经洗涤、两道拉伸干燥、卷曲、切断和打包, 便是成品短纤维。
这是一种柔软洁白、纤细蓬松、富有光泽的纤维，外观与普通化纤并无二致，却集众长于一身拥有超乎寻常的“特异功能”： 1、持久的热稳定性
芳纶1313最突出的特点就是耐高，可在220℃高下长期使用而不老化，其电气性能与机械性能可保持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℃高中也不会收缩、脆化、软化或者融熔，在超过370℃的强下才开始分解，400℃左右开始碳化——如此高的热稳定性在目前有机耐纤维中是绝无仅有的。
2、骄人的阻燃性
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，具有自熄性。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。
芳纶纤维特点及应用
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。
芳纶Ⅲ低成本化制备及应用工程化进展
芳纶Ⅲ低成本化制备及应用工程化进展
彭涛;刘克杰;陈超峰;邱锋;王凤德;王煦怡;杨文良;王成东;龚维友
【摘 要】简介了国内外杂环芳纶的研究和产业化发展情况,重点介绍了中蓝晨光化工研究设计院有限公司采用干湿法凝胶纺丝新技术在芳纶Ⅲ低成本工程化研发方面的进展情况.研究表明,第二代芳纶Ⅲ的聚合物结构优化设计、干湿法凝胶纺丝、大丝束化等生产工艺技术已基本成形,纤维强度5.3 GPa,模量141 GPa,接近俄罗斯Rusar纤维性能,且生产效率实现10倍数量级的提高,有效降低了生产成本.同时,注重芳纶Ⅲ的应用研究,在高端防弹防刺、特殊压力容器、结构隐身材料、特种缆索、高性能体育器材等领域展开了广泛的研发,为扩拓芳纶Ⅲ的市场应用和纤维产业化发展规模奠定了扎实的基础.
【期刊名称】《高科技纤维与应用》
【年(卷),期】2015(040)005
【总页数】7页(P21-26,37)
【关键词】杂环芳纶;干湿法凝胶纺丝;高性能;低成本;制备;应用;工程化进展
【作 者】彭涛;刘克杰;陈超峰;邱锋;王凤德;王煦怡;杨文良;王成东;龚维友
【作者单位】四川省高技术有机纤维重点实验室,成都610041;中蓝晨光化工研究设计院有限公司,成都610041;四川省高技术有机纤维重点实验室,成都610041;中蓝晨光化工研究设计院有限公司,成都610041;四川省高技术有机纤维重点实验室,成都610041;中蓝晨光化工研究设计院有限公司,成都610041;中蓝晨光化工研究设计院有限公司,成都610041;四川省高技术有机纤维重点实验室,成都610041;中蓝晨光化工研究设计院有限公司,成都610041;四川省高技术有机纤维重点实验室,成都610041;中蓝晨光化工研究设计院有限公司,成都610041;四川省高技术有机纤维重点实验室,成都610041;中蓝晨光化工研究设计院有限公司,成都610041;四川省高技术有机纤维重点实验室,成都610041;中蓝晨光化工研究设计院有限公司,成都610041;四川省高技术有机纤维重点实验室,成都610041;中蓝晨光化工研究设计院有限公司,成都610041
Twaron和Technora性能介绍
Twaron和Technora性能介绍
1.1 芳纶纤维特性及应用
芳纶纤维是全芳香族聚酰胺纤维（Aromatic Polyamide Fiber）的通称。它是二十世纪六、七十年代由美国杜邦（Dupont）公司率先研制开发的一种合成纤维。根据化学结构不同，芳纶纤维可分为以高强度、高弹性模量为主要特征的对位芳纶和以高强度、耐热性、绝缘性为主要特征的间位芳纶，以及近年来国内研制的芳纶III。
1.1.1 对位芳纶
对位芳纶在芳纶纤维中应用最为广泛，主要有两大类产品。一类为聚对苯甲酰胺纤维（简称PBA纤维），另一类为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维（简称PPTA)。
聚对苯甲酰胺纤维（PBA）为第一代对位芳纶。在国内被称为芳纶I或芳纶14，在国外又被称为Fiber B，目前应用较少，分子结构如图1所示。
图1 PBA分子结构式
聚对苯二甲酰对苯二胺[poly phenylene terephthalamide]纤维，简称PPTA纤维，由对苯二甲酰氯和对苯二胺缩聚而成，采用干喷湿纺的液晶纺丝方法制备成对位芳纶纤维，PPTA的分子式如图2所示，分子链呈直线状排列。全球范围内的主要品牌有：美国杜邦公司的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、俄罗斯的Terlon纤维、烟台泰和新材的Taparan（泰普龙）纤维。由于其功能团在苯环的1，4位连接，所以我国称其为芳纶1414，也称为芳纶II。
图2 PPTA分子结构式 杜邦公司采用低温溶液缩聚法生产PPTA，即先将一定量的对苯二胺（PPD）溶解在溶剂中，在氮气保护下冷却到-15℃，然后在搅拌下加入对苯二甲酰氯（TPC）。所用的溶剂为二甲基乙酰胺（DMAc）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、六甲基磷酰胺（HMPA）等酰胺型非质子极性溶剂。反应一段时间后，将反应产物用水沉析，然后经分离、洗涤、粉碎和干燥得到需要的成纤高聚物。缩聚反应式如3所示。
对位芳纶应用技术发展水平比较研究
ＦＢ０ＨＴ睢Ｂｊ圃
对位芳纶应用技术发展水平
比较研究
对位芳纶纤维是最重要的有机
高性能纤维。“十一五”期间，国产对
位芳纶纤维技术实现了历史性突破。
基本型对位芳纶纤维已批量生产，并
在军需民用领域得到了初步应用。本
文分析了国内外对位芳纶制品技术
的发展现状，提出了促进我国对位芳
纶产业发展的建议。
一 对位芳纶及制品简介
１．对位芳纶简介
对位芳纶由聚对苯二甲酰对苯
二胺聚合物［ｐｏｌｙ—ｐａｒａｐｈｅｎｙｌｅｎｅ
ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌ ａｍｉｄｅ（ＰＰＴＡ）］纺丝而 成，具有高强度、高模量、耐高温、耐化
学腐蚀等特性。
１９６５年，美国杜邦公司（ＤｕＰｏｎｔ）
女科学家斯蒂芬妮・克罗莱克
（Ｓｔｅｐｈａｎｉｅ Ｋｗｏｌｅｋ）利用低温缩聚
技术，用对苯二甲酰氯和对苯二胺２
种单体，合成了聚对苯二甲酰对苯二
胺高聚物；之后，她又发明了液晶纺
丝溶液的制备方法，使聚对苯二甲酰
对苯二胺纺丝成为了可能。此后１５
年，杜邦公司投入了５亿多美元进行
工程化技术的研发。期间，杜邦公司工
程师布雷德（Ｂｌａｄｅ）开发出了对位芳
纶的干喷湿纺纺丝工艺，大大提高了 ■文／周 宏
总后勤部军需装备研究所
纤维的强力和生产效率，解决了对位
芳纶纤维产业化技术的关键问题。
２０世纪８０年代，美国军警开始装
备对位芳纶制造的防弹衣、防弹头盔，
这标志着对位芳纶纤维产业化技术已
走向成熟。杜邦公司曾长期执行美国
政府对我国实施的高技术产品禁运政
策，其对位芳纶产品进入我国很晚。９０
年代中期，对位芳纶开始进入我国市
场，杜邦公司利用其强大的营销能力，
很快在我国市场占据了垄断地位，其
“凯芙拉。（Ｋｅｖｌａｒ）”中文注册商标，在
我国已成为对位芳纶的代名词。
从国家“六五”时期开始，我国开
靳机料产业ＮＯ．
５ ２０１３— 掌握了对位芳纶纤维的产业化制造技
术，产品已批量进入本国或国际市场。
美国杜邦公司和日本帝人公司已开始
高性能纤维的性能及其应用
应用技术２ 维技术 Ｆｉｂｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
用于对强度、刚性、轻质和抗疲劳等要求较高的领域。 ２芳香族聚酰胺纤维 ２．１ 问位芳香族聚酰胺（ＰＭＩＡ）纤维 间位芳香族聚酰胺纤维属高强耐热型合成纤维，其特 点是在常态含氧量的条件下既不会熔融，也不会燃烧，在 我国被称为间位芳纶或芳纶１３１３。目前市场上的主要产品包 括美国ＤｕＰｏｎｔ（杜邦）公司生产的Ｎｏｍｅｘ 、日本帝人公司的 Ｃｏｎｅｘ。。Ｎｏｍｅｘ 陛能优良，主要表现为阻燃性优、高绝缘 性、高韧度、温度稳定性好、化学共容性优、抗低温性、回潮 迟钝性、抗辐射等。 间位芳纶的特点之一是在极高温下会碳化变厚，因此可 用作高温下的防护屏障，减少对人体皮肤的伤害。可用于太 空航行、军用防弹织物（类似石棉材料），还可用于军事领航 员、装甲车指战员、赛车驾驶员以及危险工种如电弧焊工等 的防护服装，以及风能发电、防生化外衣、热气体过滤等。 其纤维板材可用作民用飞机的阻力板、整流罩等。 我国间位芳纶的研制工作始于２０世纪６０年代，但由于 种种原因，所有的研究成果都未能达到工业化生产的技术 水平。直到本世纪初，才由广东新会地区利用国内技术和 资源建成我国第一条工业生产线。近年来该行业发展较迅 猛，其中的佼佼者包括烟台氨纶股份有限公司（产品名为 纽士达。）、圣欧（苏州）防护材料有限公司（产品名为超美 斯 ）和广东彩艳股份有限公司（产品名为彩芳斯 ），三者 的年产能都在千吨级以上。 ２．２对位芳香族聚酰胺（ＰＰＴＡ）纤维 在整个芳纶生产领域，对位芳香族聚酰胺纤维（在我 国被称为对位芳纶或芳纶１４１４）发展最快，目前产能主要集 中在日本和美国。目前市场上最活跃的两种产品分别为杜邦 公司的Ｋｅｖｌａｒ 和帝人公司的Ｔｗａｒｏｎ 。 目前，Ｋｅｖｌａｒ 已形成Ｋｅｖｌａｒ ～４９、Ｋｅｖｌａｒ。一２９等ｌＯ 多个牌号，每个牌号又有数十种规格的产品。另外，杜邦公 司近期发布的新型对位芳纶Ｋｅｖｌａｒ ＸＰ据称在制成防弹服 后能减重１０％，并能减轻弹头１５％的冲击。 Ｒ２ｏｏｏ年从荷￣Ａｋｚｏ Ｎｏｂｅｌ（阿克苏・诺贝尔）公司 全盘购）￣Ｔｗａｒｏｎ 后，帝人公司在这一领域的竞争力大为加 强，其后共对Ｔｗａｒｏｎ 进行了４次大规模扩产。同时，该公司 还进行各种聚合物改性、缩短制造工艺和降低能耗的试验， 其中，采用气流喷射纺丝法制备Ｔｗａｒｏｎ 浆粕的新产品，已 于２００９年５月投入中试，预计２０１１年实现产业化。 ２０１１年５月底，我国烟台氨纶股份有限公司年产１ ０００ ｔ ｗｗｗ｛ｅｘｌｅａｄｅｒ ＣＯＭ ｃｎ
芳纶的合成原理及应用
芳纶的合成原理及应用
1. 芳纶简介
芳纶是一种高性能合成纤维，其分子结构中含有芳香环，可以通过聚合反应合成。芳纶具有很高的强度、耐热性和耐化学腐蚀性，在航空航天、汽车工业、防弹材料等领域有广泛应用。
2. 芳纶的合成原理
芳纶的合成是通过芳香族二酸和芳香族二胺进行缩聚反应得到的。一般最常用的芳酰氯是对苯二甲酸酰氯（TAC）和对苯二甲酸二酐（TAP）。而芳纶的二胺可以选择对苯二胺（ODA）和对苯二甲胺（TDI）。
具体的合成反应如下：
芳酰氯 + 芳胺 → 芳纶 + 氯化氢
在该合成过程中，需要考虑反应条件、溶剂选择以及反应时间等因素，以保证合成得到高质量的芳纶纤维。
3. 芳纶的应用
3.1 航空航天领域
芳纶由于具有良好的耐热性和耐化学腐蚀性，被广泛应用于航空航天领域。它可以用于制造飞机的结构件、发动机部件以及防火阻燃材料等。芳纶纤维的强度高，可以提供更好的抗冲击性和耐久性，因此在航空航天领域中得到了广泛应用。
3.2 汽车工业
在汽车工业中，芳纶纤维主要用于制造车身结构、发动机部件和内饰等。由于其优异的强度和耐热性，芳纶纤维可以增加汽车的安全性和耐久性。同时，芳纶纤维还可以用于制造高温密封材料，提供优异的密封性能。
3.3 防弹材料
由于芳纶纤维具有很高的强度和韧性，因此被广泛应用于防弹材料的制造。芳纶纤维可以制成防弹衣、防弹头盔等防护用品，提供更好的防护效果。芳纶纤维的轻质特性也使其成为制造防弹材料的理想选择。 3.4 其他应用领域
芳纶纤维还有许多其他的应用领域，例如制造电子产品、建筑材料、运动器材等。芳纶纤维的高耐热性和化学稳定性使其在电子产品的制造中可以作为绝缘材料和封装材料。此外，芳纶纤维还可以用于制造高强度、耐用的运动器材，如高尔夫球杆和网球线。
4. 结论
芳纶作为一种高性能合成纤维，具有很高的强度、耐热性和耐化学腐蚀性，在航空航天、汽车工业、防弹材料等领域有广泛应用。通过聚合反应合成芳纶，可以通过选择不同的酸和胺来控制其性能，并在合成过程中控制反应条件以获得高质量的芳纶纤维。随着科学技术的不断进步，芳纶在更多领域的应用前景将会更加广阔。
芳纶纤维材料及其应用
精品 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 application
Abstract：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 fiber
Key words: Aramid fiber material; Aramid 1313; Aramid 1414; Structure performance; Application;
Future development
1 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]。
我国高品质对位芳纶原料的生产工艺及现状
2015,44(5)
对位芳纶，俗名芳纶1414，即聚对苯二甲酰
对苯二胺纤维，它和碳纤维、超高相对分子质量聚
乙烯纤维一起被统称为世界三大高性能纤维。对位
芳纶是一种具有高强度、高模量、耐高温、低密度
等优点的高性能纤维材料，被喻为“防弹纤维”，
广泛应用于航空航天、国防军工、绳索光缆和体育
休闲等领域[1-2]。2011年我国的对位芳纶由烟台泰
和新材料股份有限公司实现了产业化，商品名为泰
普龙®，目前其年产能已达到1000t[3]。
对位芳纶的主要生产原料为对苯二甲酰氯和对
苯二胺，两者经聚合生成聚对苯二甲酰对苯二胺，
聚合反应如下：
试验证明：原料纯度的高低直接影响对位芳纶
聚合时的特性黏度，进而影响到对位芳纶产品的质
量[4]。因此，高品质的原料对于我国对位芳纶的发
展至关重要。
目前，我国对位芳纶的两种主要原料都已实现
国产化，经过多年的发展，其生产工艺日渐成熟，
但也存在一些急需解决的问题。1对苯二甲酰氯生产工艺状况
对苯二甲酰氯别名对苯二酰二氯或二氯化对苯
二甲酰，它在常温下为白色结晶，遇空气易分解或
变黄。对苯二甲酰氯除作为对位芳纶的主要原料
外，也可作为聚芳酯的单体，同时，它还可作为锦
纶的改性剂及农药和医药的中间体使用。对苯二甲
酰氯的主要生产工艺有(双)光气法、氯化亚砜法、
三(五)氯化磷法和对二甲苯氯化法等，其纯化方法
主要采用精馏法或重结晶法。
1.1(双)光气法
光气法是以对苯二甲酸和光气或双光气为原
料，在催化剂(如N,N-二甲基甲酰胺)存在下，加热
制得对苯二甲酰氯[5-7]，其原理是：
此方法具有制备流程短、产品纯度高和副产物
处理简单的优点；缺点是反应需要使用其它溶剂(如对二氯苯)，且光气是剧毒气体，一旦发生泄
漏，则会发生较大的安全事故。在实际生产中，采
用双光气为原料生产对苯二甲酰氯时，反应条件会
温和很多，且其它工艺基本相似。目前的国内生产
企业中，常州市科丰化工有限公司采用此法生产对
苯二甲酰氯。我国高品质对位芳纶原料的生产工艺及现状