芳纶纤维生产及应用状况

总第１　８７期　天津纺织科技　芳纶纤维生产及应用状况　李新新张慧萍晏雄　（东华大学纺织学院，上海２０１６２　０）　

摘要：本文回顾了芳纶在我国的发展历程，由于芳纶具有优良的性能，其在我国的航天航空，防弹衣、头盔，体育用　材料，轮胎和胶带骨架材料，高强绳索等材料中都有广泛的应用，因此受到普遍的关注。芳纶纸的发展与应用也成　为我国芳纶发展的重要方向。本文还指出了芳纶纤维存在的问题及解决方法，并对芳纶纤维及产品的发展和应用提　出了自己的观点。　关键词：芳纶芳纶１　３１３芳纶１　４１４芳纶纸应用　问题　

引言　２　１世纪是新技术、新材料时代，也是高科技纤维的　时代，以新材料为代表的高新技术的发展，将成为纺织　产业结构调整的主要动力。作为我国重点发展的高科技　纤维之一，有机耐高温阻燃纤维——芳纶的成功国产　化，填补了国家高档化纤品种的空白，打破了少数发达　国家长期以来技术封锁和市场垄断的格局，开创了我国　高性能纤维生产与应用的新局面，掀起了我国自主开发　高科技纤维的热潮［．】。芳纶的全称为“芳香族聚酰胺纤　维”，我国称为芳纶。芳纶纤维工业化的产品主要有两　种：芳纶１３１３（全称为聚问苯二甲酞问苯二胺纤维，英　文简称ＰＭＩ）和芳纶１４１４。是一种高模量、高强度、耐　磨损、低电导率、尺寸稳定、密度为钢丝１／４的轻质增　强和耐高温材料，　常被作为制备高性能复合材料的增强　物质。如表１芳纶与其它纤维性能比较＿２］。　

表１芳纶与其它几种工业丝性能对比　

１我国芳纶的发展史　我国芳纶的研发起步较早，开发了普通型、高伸长　型、中高强度型和高强高模型产品　。我国于１９７２年开　始进行芳纶的研制工作，并于１９８１年通过芳纶１３１３　

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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Ｎｏｍｅｘ和Ｋｅｖｌａｒ。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７：Ｎ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　１：３。１９９９年，山东烟台氯纶股份有限公司正式提出建设　中国第一个芳纶１３１３Ｔ程项目，并于２００１年５月份引进了　俄罗斯技术。经过艰苦的技术攻关，开发研制出了具有极　高科技含量的２０多种有色芳纶１　３１　３纤维，产品质量可与　美国杜邦等世界一流公司媲美ｆ＿　

２芳纶的应用现状　随着高新产业成为世界经济发展的主要目标，应用高　新技术和新材料为主导的新产业，如国防、航空航天、橡　胶工业、电子与通讯、汽车工业、油气田的勘探和生产、　体育休闲用品等产业的发展，都将需要高性能的芳纶。由　于它的用途十分广泛，曾被称为“全能纤维”。据统计，　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４Ｏ％；轮胎和胶带骨架材料等约占２０％；　芳纶纤维生产及应用状况　总第１　８７期　高强绳索等约占１３％。如图１所示　。　

２．１在轮胎行业中的应用　由于芳纶具有许多优异性能和耐高低温性能，因此可　以作为航空轮胎和汽车轮胎良好的帘线材料。芳纶作为　轮胎的骨架材料具有很多的优点：轮胎质量小，乘坐舒适　性好、滚动阻力低，节油性能提高，是未来绿色环保轮胎　的主要材料。另外还有很好的耐刺扎、耐切割性能，　耐　磨性能提高约３％、芳纶轮胎使用过程中接地压力重心移　动小，转向性能好，轮胎变形滞后小、生热较低，芳纶帘线　模量高，硫化后帘线不收缩，轮胎使用出现的“平点”问　题也可以得到强有力的限制，　对于有后充气装置的厂家　来说，可以节省这方面的费用，而且芳纶轮胎的硫化时间　也可以适当减少，提高硫化效率［３］。　用芳纶制作的航空轮胎能很好地满足现代超音速飞　机对轮胎高速度、高载荷、耐高温、耐屈挠和耐着陆高　冲击性的要求．在汽车轮胎中，芳纶主要用于替代钢丝，不　仅能减小轮胎质量，而且可提高耐用性和改善乘坐舒适　性。用芳纶替代钢丝，一条载重轮胎质量可减／Ｊ＼９ｋｇ，一辆　配置１８条轮胎的载重汽车质量可减／Ｊ＼ｌ６２　ｋｇ。　２．２在涂覆织物制品中的应用　用芳纶制作的涂覆织物其强力和撕裂强度比锦纶和　聚酯涂覆织物至少高出２倍，而且伸长率更小，因此使用芳　纶涂覆织物可有效减小产品的质量和厚度。同时芳纶涂　覆织物耐刺穿、耐紫外线和耐燃性能好，因此在充气橡胶　制品、系留气球、贮运容器和防护服装上都有应用［４］。　２．３对位芳纶在柔性防护纺织品中的应用　对位芳纶具有高强度、高模量，又耐高温，但其伸长　率太小．刚性太大，染色困难且不耐紫外线。因此不利于　纺织加工制成服装面料。近年来国外厂家从纱的构造、　织物的结构方面着手，用复合纺纱工艺、后处理技术来克　服其原有的缺陷，例如以芳纶为芯层，羊毛、棉等为表层　制成二层构造的复合纱，外层纤维容易染色而芳纶提供耐　创伤能力，如耐切割、防擦伤、防火等功能；同时由于外　层纤维的存在，防止了紫外线直接照射芳纶。现在通过先　进染色技术，使芳纶具有其他色彩。芳纶也可以制成变形　纱，￣！：ｌＫｅｖｌａｒ２９　ＥＤ　Ｔｅｘｔｕｒｅｄ　Ｙａｒｎ是线密度为４００～４８０　ｄｔｅｘ，拉伸强力为８０～１００　Ｎ，伸长率２．５％～３．５％，在松　弛状态下呈卷曲的长纤维，应用该高性能纱线可以制造各　式时尚的织物，扩大了防护纺织品的应用面［４］。　２．４在防弹衣上的应用　我国５４式手枪的弹速高、弹头硬、穿透力强，我国　警察的防弹衣要比国外重２５％，警察必须承受更大的负　担，　机动性大大降低。采用芳纶制造的软质防弹衣有很　好的应用前景。　２．５芳纶在运动器材上的应用　充分利用芳纶耐高温、耐疲劳等特性，以制作运动　条件苛刻的拳击手套、登山鞋靴、赛车车体、赛马头盔　等，还可用于制作网球拍、滑雪板、滑雪杆、雪橇、弓　箭、弓弦、钓鱼竿、风筝骨架、高尔夫球棍、赛艇等。　２．６航空、航天和军需工业　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、防弹运钞车、防弹板、防弹头盔、防　弹衣等。　２．７建筑业　在建筑工业上，可用芳纶取代石棉来增强水泥，也　可取代金属材料提供轻结构、高强度构件，以及对结构　进行加固补强＿７］。　３芳纶纸的发展与应用　采用芳纶纤维及它与吸波性能优异的碳纤维、宽频透　波性能优良的石英纤维等无机纤维混杂制作纸基材料，可以　实现结构轻质化的要求。聚芳酰胺纤维纸是用聚芳酰胺纤　维按造纸技术抄造成的纸，再经热压成型制得，简称芳纶纸，　英文名Ａｒａｍｉｄ　ｆｉｂｅｒ　ｐａｐｅｒ。芳纶纸由两种形态纤维经湿法　抄纸工艺成纸，经热压工艺后成型，两种纤维分别为：短切纤　维和沉析纤维。　高性能芳纶纸基复合材料（以下简称芳纶纸）大量使用　在航空、航天、船舶、电子等领域内雷达罩、次受力结构　部件、绝缘隔热等零部件，在国防材料上占有举足轻重地　位。另外也是机电、电子、通讯等领域中的重要材料［６］。　

・　０５　・　总第１８７期　芳纶纤维生产及应用状况　４存在的问题　芳纶作为一种新型的高性能特种纤维，在许多行业有　着广阔的发展前景。目前我国对芳纶生产和应用的研发已　取得了一定的成果，但是与国外芳纶比较起来，还有许多　缺点，如表２所示世界各国的主要芳纶性能比较　。　

表２世界各国生产的主要芳纶的性能比较　

４．１　芳纶纤维与杜捐旨基体的粘接力较差，因此机械加　工极易分层。由于芳纶纤维柔韧性好，用其制成的复合材　料在切削时纤维不易被切断，未切断的纤维和树脂堆积在　断口处，造成加工面粗糙【　。　４．２国产芳纶易断头，表面易起毛，吸湿性差，而且　生产规模小、品种和规格少，工程应用设计可选择余地　小。　４．３采用芳纶作为轮胎的带束和胎体，成型过程中会出　现一些问题，如芳纶带束无磁性不能贴住带束鼓、芳纶帘布　不能自动卷曲和供料、成型压合时出现存气等［　。　４．４芳纶是利用各向异性液晶纺丝制成的纤维，虽然　强度和模量很高，但是在纤维轴垂直方向的性能，如压缩　强度、疲劳特性等都比较差。　４．５由于芳纶的分子排列紧密，染料不易进入，所有　芳纶着色性较差。　４．６在芳纶纸中，其研制中长期存在的匀度不良会导　致性能不佳。　５改善芳纶纤维及其复合材料性能的方法　５．１解决芳纶纤维增强复合材料难加工的问题　ａ．采用锋利的刀具；　ｂ．钻削芳纶纤维增强复合材料的孔时，根据孔径大小　和材料厚度不同，可采用斜面钻或有齿空心钻；　Ｃ．切割芳纶纤维增强复合材料层合板时，采用无齿圆　盘铣刀加工效果好［　。　５．２改善芳纶纤维及其复合材料性能的方法　・　０６　・　芳纶纤维表面改性方法主要有物理改性和化学改性　两种。物理改性方法是通过等离子体、电子束等物理技　术对纤维表面进行刻蚀和清洗，并在纤维表面引入羟基、　羰基等极性或活性基团：还可以在纤维表面形成一些活性　中心，进而引发接枝反应，通过刻蚀、清洗、活化和接枝　的综合作用改善纤维表面的物理和化学状态，进而加强纤　维与基体之间的相互作用。化学改性则是通过硝化／还　原、氯磺化等化学反应在纤维表面引入氨基、羟基、羧　基等活性或极性基团，通过化学键合或极性作用提高纤维　与基体之间的粘合强度［　。表面改性的方法还有表面接　枝技术等其它方法。芳纶纤维表面改性可以提高纤维与　基体的粘结力，　改善复合材料性能。但有一点也应引起　注意，界面间的粘结力过强，会引起材料变脆，从而导致　复合材料冲击强度和断裂强度的降低。　５．３芳纶纸性能的改善　在分散剂中加入亲水性高分子ＰＥＯ作为主要的助剂　（１）ＰＥＯ最佳用量为０．１　２％，芳纶纤维纸的主要指标拉　伸强度值为３５．１　６　Ｎ／ｒａｍ２。比不用ＰＥＯ时增加了３２．１％。　产生了很好的作用效果；　（２）ＰＥＯ最佳用量为０　１　２％，芳纶纤维纸的主要介电　性能耐压强度达到最大值为１　９．５９　ｋＶ／ｍｍ２，而且耐压强　度的增幅也最大；　（３）ＰＥＯ用量不宜过高；　（４）ＰＥＯ作用机理是使浆料悬浮液的黏度上升：另外　纤维之间的运动轨迹也相对变得简单：纤维的运动速度也　下降：降低了纤维之间的摩擦等【　。　

６总结　现阶段我国的芳纶产品主要是高温过滤用的低端产　品，服装及其他高端领域的应用较少，一些高端产品，　如问位芳纶纸、长丝、可染纤维等尚未开发成功。高端　间位芳纶产品的技术开发难度较大，称为芳纶在高端产　品中应用的主要阻力。另外由于目前只有美国、日本、　荷兰等国家可进行芳纶纤维大规模工业化生产，国内较少　厂家能生产芳纶的成本较高，这就阻碍芳纶在许多行业的　应用，如轮胎行业等。随着社会的发展，芳纶作为一种　高性能的纤维，其应用将会越来越广泛，国内芳纶要借　鉴国外的经验，进一步加大芳纶的生产规模，减少原纤　化，提高摩擦性能，改善染色性能等，将会成为以后芳　纶研究的主要方向。　下转第９页