芳纶纤维的制造与应用
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；
芳纶材料在轮胎胎圈上的应用与制造技术
泼 ， 对芳 纶性 能 没 有 影 响 。芳 纶 在 ２ ０℃ 时强 水 ０ 度保 持 率 为 ８ 。芳 纶 具 有 较 小 的 密 度 和 极 高 ０
芳 纶材 料 由于其 优 异 的 特性 ， 理 论 上来 说 从
表 １ 芳 纶 与 一 般 纤 维 理 化 性 能对 比
可 用 于轮 胎各 部 件 作 骨 架 材料 ， 纶 替 代 钢 丝作 芳
量 约是 普通 轮 胎 钢 丝 圈质 量 的 ２ ６ 由于 具 有 ５／。 ９
质 量小 、 强度 大 的性 能特 点 ， 纶一 般用 在竞 速型 芳 超 高性 能轮 胎 和节 能超轻 型轮 胎上 。但 目前 国 内 外 市场 上 ， 纶 作 胎 圈骨 架 材 料 的轮 胎 产 品非 常 芳 少 ， 速型 超高 性能赛 车轮胎技 术保 密程 度 较高 ， 竞
胎 圈骨 架 材料 是完 全 可行 的 。芳纶 胎 圈骨架 的质
作 者 简 介 ： 荣 超 （ ９ ４ ） 男 ， 东 菏 泽 人 ， 州 中 策 橡 胶 陈 １８一 ， 山 杭 有 限 公 司工 程 师 ， 士 ， 要 从 事 轮 胎 研 发 及 施 工 和 工 艺 设 计 等 学 主 工作 。
第 ７ 期
陈荣 超 ． 纶 材 料 在 轮 胎 胎 圈 上 的应 用 与 制 造 技 术 芳
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芳 纶 材 料在 轮胎 胎 圈上 的应 用 与 制 技 术 陈 荣 超
（ 州 中策 橡 胶 有 限 公 司 ， 江 杭 州 ３ ０ ０ ） 杭 浙 １０ ８
摘 要 ： 绍 芳 纶 材 料 在 轮 胎 胎 圈 上 的 应 用 与 制 造 技 术 ， 点 以 折 叠 胎 为 例 介 绍 层叠 法 芳 纶 胎 圈骨 架 生 产 工 艺 。 采 介 重
芳纶纸
芳纶纸蜂窝的应用
商用级芳纶蜂窝： • 主要应用对强度和刚度有着高要求的场合。如船体的外壳，内壁，家具；列车内饰，家具； 陆基雷达；快速部署式掩体；陆上交通工具等。
航太级芳纶蜂窝： • 现代商业飞机的多处内板使用Nomex®蜂窝结构，包括地板，侧板，行李架，天花板，隔板， 厨房和厕所。 • 用Nomex®蜂窝制作而成的航天飞机货舱门具有重量轻，强度高，刚度高 独特性能。 Nomex®也可以用来制成航天飞机的外壳和储物箱。 • 用Nomex®制成的飞机外部蜂窝板可用于整流罩，尾翼，襟翼，副翼，盖板，舱门，外翼， 扰流板，进气管道，缝翼，翼端，引擎罩，外挂架和雷达天线罩等。 • 直九（直升机）：目前国内蜂窝夹层结构用量最大的机种之一，由Nomex蜂窝组成的夹层构 件共计280多个，单机Nomex蜂窝用量260平方米，占整机80%的覆盖面积。面板材料包括碳 纤维，高强玻璃纤维，凯夫拉纤维，铝合金。 国内长春 客车厂阿尔斯通动车组（CRH5），正在使用芳纶纸蜂窝作为高速列车夹层结构材料。
Tensile Strength / N/mm2
50 40 30 20 10 0 100 120 140 160 Press / bar
热压温度的影响趋势
Tensile Strength / N/mm2
40 39 38 37 36 35 1.5 2 2.5 3 Speed r/min
热压压力的影响趋势
Tensile Strength / N/mm2
44 40 36 32 28 1 2 3 4 Pressed Time / Time
41
热压转速的影响趋势
热压次数的影响趋势
成纸热压工艺参数
• 温度与压力成为影响芳纶热压纸机械强度最主要的因素。 • 辊速2m/min，压力140bar，温度240℃，热压次数3次。
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]。
芳纶纤维的分子式
芳纶纤维的分子式一、芳纶纤维简介芳纶纤维是一种聚合物纤维，它具有极高的强度、耐热性和耐化学腐蚀性。
它是由芳香环和酰亚胺基团组成的。
芳纶纤维的分子式是(C14H10N2O2)n，其中n代表重复单元的数量。
二、芳纶纤维的分子式解析分子式 (C14H10N2O2)n 可以分解为四个组成部分，分别是C14H10、N2、O2和n。
下面将对这四个部分进行解析。
1. C14H10C14H10代表芳纶纤维分子中含有14个碳原子和10个氢原子。
C14H10是一个芳香环，由苯环和取代基组成。
苯环是由6个碳原子和 6 个氢原子构成的环状结构。
芳纶纤维中的苯环通过共价键连接在一起，形成一个长链。
2. N2N2代表芳纶纤维分子中含有2个氮原子。
氮原子是芳纶纤维中的酰亚胺基团的组成部分。
酰亚胺基团是由一个碳原子、两个氮原子和一个氧原子构成的。
3. O2O2代表芳纶纤维分子中含有2个氧原子。
氧原子与碳原子和氮原子形成键连接，稳定纤维结构。
4. nn代表芳纶纤维分子中重复单元的数量。
芳纶纤维通过聚合反应形成高分子链，重复单元不断重复连接形成长链结构。
重复单元的数量n决定了芳纶纤维的长度。
三、芳纶纤维的结构与性质芳纶纤维的分子式确定了其特殊的结构和优秀的性质。
芳纶纤维中的芳香环使其具有较高的强度和刚性，适用于许多高强度应用。
酰亚胺基团的存在使芳纶纤维具有良好的耐热性和耐化学腐蚀性。
芳纶纤维的结构和性质主要有以下几个方面：1. 高强度和刚性芳纶纤维由于芳香环的存在，具有较高的强度和刚性。
其强度比钢高5倍，模量比钢高2倍，是一种理想的高强度纤维材料。
芳纶纤维在应用中被广泛用于制造高强度的复合材料，如航空航天领域的复合材料结构件。
2. 耐热性芳纶纤维在高温下仍能保持良好的性能。
其可以在500℃的温度下长时间使用而不熔化，不发生脆性断裂。
这使得芳纶纤维广泛应用于高温环境中，如航空发动机部件、阻燃服装等领域。
3. 耐化学腐蚀性芳纶纤维对酸、碱和有机溶剂等化学物质具有良好的耐腐蚀性。
芳纶及复合材料的应用
芳纶及复合材料的应用1、概念芳纶不仅密度小、易于成型，且阻尼性能与抗震性能良好，自由设计程度较高，加工操作便捷，在体育器材加工制造中倍受青睐。
2、芳纶及复合材料在防护设施中的应用体育锻炼或者竞技的开展需要以强有力的防护设施为基础，特别是抗击性运动，即拳击与击剑等体育运动，完善的防护设施是其顺利安全进行的重要条件。
传统防护设施制备主要以橡胶与皮革材料为主，但是在时代与科技推动下，传统防护设施由于体积与重量过大，且透气性差等不足备受诟病。
尤其是高强度体育竞赛中，传统防护设施装备舒适性与防护性较差，在很大程度上影响了体育运动员真实水平的有效发挥，甚至还会威胁到运动员的生命安全。
而利用芳纶及复合材料生产加工体育锻炼或竞技用防护设施，其透气性与防震性较好。
且基于材料高强度与低密度优势，防护设施更能够满足专业水平运动员的体育运动需求。
特别是赛车运动与冰雪运动中，芳纶及复合材料加工制成的防护设施等可高效应对在运动过程中发生的强大冲击与撞击，可切实保护运动事故发生时运动员的人身安全。
3、芳纶及复合材料在乒乓球拍中的应用以往乒乓球拍一般都是利用木质胶合板进行制作，其重量过大，反弹性较差。
而利用芳纶及复合材料加工制造的特种纤维底板可有效弥补以往球拍的缺陷，且在击球动作时，基于材料自身强大的刚性，可确保运动员击打出球的反弹力更大，速度也更快。
此外，在乒乓球拍生产中应用芳纶及复合材料，可优化球拍阻尼防震性能，保障运动员清晰利落的发球手感体验。
4、芳纶及复合材料在网球拍中的应用目前市场上最常见的网球拍多数都是通过碳纤维复合材料制造的，其延展性好，可塑性强，减震性能优异，且类型也多元化。
但是芳纶及复合材料虽延展性相对较差，可密度偏小，减震吸能性能较优，抗冲击性强大，经济性良好，相比更具优势5、芳纶及复合材料在运动帆板中的应用在体育运动中帆板运动的起步较晚，发展时间比较短，尚不成熟，但是在很多发达国家已经举办了各式各样的世界级比赛。
对位芳纶纤维及其应用概述_胡延韶
对位芳纶纤维及其应用概述
胡延韶
一、概述
芳香族聚酰胺纤维是最重要的有机合成纤维 之一，具有优异的物理机械性能、热氧稳定性、阻燃 性及优良的电绝缘性能等。 广泛应用于光缆增强、 子午线轮胎、轻型复合装甲等领域。 我国俗称芳纶， 如芳纶 1313、芳纶 1414 等。
目前，芳纶产品主要包括聚间苯二甲酰间苯二 胺纤维（简称间位芳纶或芳纶 1313）、聚对苯二甲酰 对苯二胺纤维（简称对位芳纶、芳纶-II、芳纶 1414） 和杂环芳香族聚酰胺纤维（简称芳纶Ⅲ）等品种。
四、国产芳纶的研发及投资状况
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 单位先后开展过芳纶的合成及纺丝研究工作。
最近几年来，烟台氨纶、原神马集团、苏州兆达 特纤科技公司、广东彩艳股份有限公司已开始试产
表 1 芳纶 1414 的物理性能
纤维品种 芳纶 1414 芳纶 1313 聚酰胺
最大拉伸强度/cN·tex -1 210~270 44~53 35
端 裂 伸 度 /% 2.5~4.0 15~30 23
初 始 模 量 /psi 400 90 67
抗剪力 优秀 好 好
降 解 温 度 /℃ 500 371
380~400
密 度 /g·cm-3 1.44 1.38 1.34
熔 点 /℃ 480~570 400~430
芳纶在我国橡胶骨架领域，近年也取得了很大
视点·专题 ·19· CHINA RUBBER 对位芳纶
进展。 在橡胶轮胎、油箱油釜、油井用耐高温高压管 带、输送传送带等行业都取得了使用的成功经验。
芳纶还可应用于离合器衬垫、增强软管、汽缸 垫、汽缸绝热毡等方面。 随着交通运输向高速化发 展，车辆的轻量化势在必行。 欧洲和日本的大型载重 汽车车体已通过大量采用芳纶纤维增强材料实现； 高速列车的车厢内部隔板和天花板也已开始采用芳 纶蜂窝板复合材料，这种材料不仅强度高、重量轻， 而且耐高温、不燃烧，大大提高了列车的安全性。
芳纶纤维的研究现状及其发展
芳纶纤维的研究现状及其发展芳纶纤维，又称为芳纶聚酰胺纤维。
它是一种由聚芳酰胺（aramid）所制成的纤维，具有高强度、高模量、优异的耐热性、抗腐蚀性和耐磨损性等特点。
芳纶纤维广泛应用于防弹材料、防护服装、绝缘材料、航空航天、车辆制造、电子产品和船舶等领域。
现将芳纶纤维的研究现状及发展进行概述。
1.纤维性能的研究：芳纶纤维的研究主要集中在纤维的性能改进和新型纤维的开发上。
近年来，研究人员通过改变芳纶纤维的纺丝工艺和化学结构，提高了其耐热性、力学性能和抗水解性。
同时，研究人员也致力于探索新型芳纶纤维，如改性芳纶纤维、混合纤维和纳米芳纶纤维，以满足不同领域的需求。
2.工艺技术的研究：芳纶纤维的制备过程中，纺丝、拉伸和后处理工艺对纤维性能具有重要影响。
目前，纺丝工艺主要有湿法纺丝法和干法纺丝法。
研究人员通过改变纺丝参数、纺丝溶液组成和纺丝设备，提高了纤维的拉伸性能和热稳定性。
同时，后处理技术也得到了广泛研究，如热固定、改性膜法和表面功能化等，以进一步提高芳纶纤维的性能。
3.应用研究的进展：芳纶纤维在防护领域的应用得到了广泛关注。
特别是在防弹材料和防护服装领域，芳纶纤维展现出了出色的性能。
研究人员对纤维的防弹性能进行了深入研究，并开发了具有更高防护能力的芳纶纤维复合材料。
此外，芳纶纤维在航空航天、车辆制造和电子产品等领域也有广泛应用的前景。
4.环境友好型纤维的研究：在当前环保意识不断增强的背景下，研究人员开始关注环境友好型芳纶纤维的研究。
他们利用可再生资源和新型合成方法，开发出低能耗、低排放的纤维制备技术，减少对环境的影响。
此外，研究人员还致力于研发可生物降解的芳纶纤维，以解决纤维废弃物对环境造成的问题。
总的来说，芳纶纤维的研究现状和发展趋势呈现出多样性，包括纤维性能的改进，工艺技术的研究，应用研究的进展和环境友好型纤维的研发。
随着科学技术的不断进步和需求的不断增长，芳纶纤维有望在更多领域得到广泛应用。
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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； ◇孔洞； ◇表皮轴向裂纹（长 20~24nm、宽 6~11nm）。
（2）PPTA的结构与组成
PPTA化学结构的特点是： ◇由苯环和酰胺基按一定规律有序排列构成。 酰胺基的位置接在苯环的对位上。
◇在芳纶中，分子内的骨架原子通过强共价键结合； 高聚物分子间是酰胺基，由于酰胺基是极性基团， 其上的氢能够与另一个链段上酰胺基团中可供电子 的羰基（-CO-)结合成氢键，构成梯形聚合物，这种 聚合物具有良好的规整性，因此具有高度的结晶性。 ◇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。
干喷—湿纺的特点：
♀用干喷—湿纺方法纺丝时，在剪切力作 用下，PPTA极易沿作用力方向取向。 ♀采取干喷—湿纺液晶纺丝工艺，可抑制 卷曲或折叠链产生，使分子链沿轴向进 一步高度取向，形成几乎为100%的次晶 结构。
芳纶的应用与展望
（1）芳纶纤维的应用
◇先进复合材料 ◇防弹制品 ◇缆绳 ◇建材 ◇传送带 ◇特种防护服装 ◇体育运动器材 ◇电子设备
芳纶应用于特种防护服装
◇对位芳纶和间位芳纶或芳砜纶混纺织物可用于防火和消防 工作服； ◇芳纶布用于森林伐木工作服、赛车服、运动服和手套、袜 子等。
芳纶在体育运动器材方面的应用
◇弓箭、弓弦、羽毛球拍； ◇与其他纤维混杂的复合材料制作高尔夫球棍、滑雪板、 雪橇、自行车架和轮毂等。
芳纶在电子设备方面的应用
芳纶的不足
⊙耐光性差，暴露于可见光和紫外线时会产生光致 降解（即力学性能下降和褪色）。用高吸收率材 料对Kevlar纤维增强聚合物基复合材料作表面涂 层，可以减缓其光致降解； ⊙溶解性差； ⊙抗压强度低； ⊙吸湿性强，吸湿后纤维性能变化大，因此应密封 保存，在制备复合材料前应增加烘干工序。
（4）PPTA纤维的制备过程
轻化1002 孙正 0902100206
芳纶概述
★芳纶（aramid fiber）是由芳香族聚酰胺树脂
（aromatic polyamide risen）纺成的纤维。 ★国外称为芳酰胺纤维,我国定名为芳纶。
凡聚合物大分子的主链由芳香环和酰胺键构 成，且其中至少有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氮原子和 羰基直接与芳香环中的碳原子相连接并置换其 中一个氢原子的聚合物，称为芳香族聚酰胺树 脂。
应用于战术导弹： ◇采用芳纶/环氧复合材料制作“潘兴”的航天顶级发动机、卫 星变轨固体发动机的壳体。 应用于耐热隔热功能材料： ◇芳纶短切纤维或浆粕增强的三元乙丙(EPDM)橡胶基复合材料 的软片或带材用于最新的各种发动机的内绝热层。
◇用于先进发电机的发动机舱、中央发动机整流罩、机翼 与机身整流罩挂架整流罩、机翼前缘、襟翼、方向舵和 升降舵后缘、安定面翼尖、货舱衬壁、天花板、应急出 口门和窗、发动机调节系统管道等。 ◇用于直升飞机上的机身外蒙皮、旋翼、螺旋浆和雷达天 线罩等。
三种纺丝方法：
a.湿纺(wet spinning)：将明胶经针孔挤出，进入冷凝 液体中快速冷却，最后在惰性气体中热处理。 b.干喷(dry jet)：将明胶由喷丝嘴喷出，经过一段空 气层快速拉伸使分子取向，最后进行热处理。 c.干喷—湿纺(the dry jet-wet spinning process)是常 用的纺丝方法。
干喷—湿纺(the dry jet-wet spinning process)是常用的纺丝方法。
☆干喷—湿纺的工艺过程： ▽首先，二元胺和含卤二元酸的溶液在低温下（~0℃）缩聚 产生聚酰胺（polyamides）； ▽粉碎、冲洗和干燥，并与强酸（浓硫酸）混合。 ▽在100℃下，明胶通过纺丝孔挤出； ▽通过1cm的空气间隙（造成丝在一定范围内的旋转和排列）， 进入冷水（0~4℃）中，得到高结晶度（分子链充分伸展 和定向）的初生纤维，在水中漂洗后干燥。在胶凝浴中去 除酸。
◇集成电路和低膨胀系数的印刷电路板 ◇扬声器的嗽叭盒
（2）芳纶的展望
改善芳纶性能的途径： ◇对PPTA引入第三组分进行共聚、共混研 究； ◇合成新型的芳纶； ◇研制PPTA纤维与其他纤维混杂增强的复 合材料； ◇对PPTA纤维进行表面处理。
芳纶作为增强材料
应用于战略导弹： 用缠绕法制造了Kevlar-49增强环氧树脂复合材料如下结构 件： ◇ 美国核潜艇“三叉戟”C4潜地导弹的固体火箭发动机壳体； ◇美国战略型号MX陆基机动洲际导弹的三级发动机和新型潜地 “三叉戟Ⅱ”D5导弹的第三级发动机； ◇前苏联SS-24、SS-25铁路和公路机动洲际导弹各级固体发动 机； ◇法国的M4导弹的402K的壳体。
（3）芳纶的性能
物理性能 ⊙密度小，为1.44g/cm3 ⊙比强度高（高于碳纤维和硼纤维） ⊙比模量虽然较高，但低于碳纤维和硼纤维； ⊙韧性好、抗冲击性好、加工性好； ⊙压缩强度不高（为拉伸强度的1/5）； ⊙剪切强度不高（为拉伸强度的1/17）； ⊙ Kevlar-149的弹性模量高于Kevlar-49； ⊙ Kevlar-149的高温强度保留率最高。
合成PPTA的原料包括： △对苯二甲酰氯（Terephthaloyl chloride） △对苯二胺（p-phenglene diamine）
△强极性的酰胺类溶剂（二甲基乙酰胺或六甲基磷 酸胺），选用强极性的酰胺类溶剂，是为了将开 始生成的聚合物留在溶液中。
PPTA的合成
②纺丝
★纺丝液的配制 ▽浓硫酸（浓度为100%）+聚对苯二甲酰对苯 二胺（PPTA）配成液晶溶液（称为明胶） ▽溶液浓度（配比）：PPTA/浓硫酸=20/100 ▽PPTA在浓硫酸中形成向列型液晶态，聚合物 呈一维取向有序排列。