对位芳纶纤维及其应用概述_胡延韶

第 27 卷 第 19 期
受水分、温度的影响，可以省去用于促进钢丝粘合 的专用粘合剂，如钴盐等，胶料的成本低于钢丝用 胶料，有资料表明可降低成本约 18％。 芳纶成品胎 胎面柔软，断面宽和同规格的钢丝带束胎相比断面 宽显得较大，而整个高度（外直径）显得较小，由于 带束层柔软， 胎面对地面的移动性和剪切力小，行 驶时增大了轮胎与地面的接触面积， 胎侧较柔软， 缓冲性能好，行驶噪声小，舒适性好。
在芳纶纤维需求方面，芳纶纤维的消费区域也 主要集中在美国、欧洲和日本。 预测到 2015 年全球 对位芳纶需 求量约为 13 万 吨，2020 年 需 求 量 约 为 20 万吨。 芳纶 1414 的全球供求形势依旧偏紧。
三、开展研究的意义
由于芳纶的力学性能及耐热性能十分优良，又 加上其具有优良的性价比，市场竞争力强大，据估
为了适应国内外轮胎行业的飞速发展，满足国 内轮胎生产需求，原神马集团利用自身的技术优势 和管理经验，经过对捻织、浸胶热处理工艺、浸胶液 配方、设备等进行研究试验和改进，通过芳纶工业 丝— ——捻 线— ——织 布 — ——上 胶— ——干 燥 — ——热 拉 伸— ——热 定 型— ——冷 却 松 弛 — ——芳 纶 浸 胶 帘 子 布 工艺过程，研制出了 1670dtex/2 芳纶浸胶帘子布，经 中国化纤产品检测中心测试，其质量指标和使用性 能均达到国外同类产品的水平，现已批量生产。 填 补了国内芳纶浸胶帘子布生产的空白。
五、国产芳纶在橡胶骨架材料中的 应用
芳纶在轮胎骨架材料、传动带材料等方面大约 占 20%；而作为橡 胶 增 强 材 料 ，芳 纶 纤 维 应 用 于 子 午线轮胎更是推动了芳纶纤维的发展。 据介绍，用 芳 纶代替钢丝 生 产 轮 胎 ，重 量 可 减 少 30%，并 且 使 滚动阻力大幅度下降，而且大大提高了轮胎的耐刺 扎性能。 世界轮胎巨头米其林、固特异、倍耐力等公 司，都批量使用芳纶帘子线生产轮胎。
2.滚动阻力低，节油性能提高。 芳纶帘线的动态 模量明显高于聚酯和尼龙帘线，而损耗因子则比聚 酯和尼龙低得多，这种高模量、低损耗损失的特性 非常适宜于作低滚动阻力高性能轮胎的骨架材料； 采用特殊的胎面胶配方，轮胎的滚动阻力大大降低 （滚动阻力最大可降低 20％）， 减少能源的消耗，节 油性能至少可提高 1.5％， 进而起 到保护环境 的作 用；优化的胎体、带束设计，减轻了轮胎的重量和惯 性，增强了轮胎的抓地力，减少冲击和由于跳跃所 产生的振动，使得车辆制动更快、行驶更平稳。
据悉， 苏州兆 达特纤 科 技 有 限 公 司 年 产 1000 吨对位芳纶项目正在建设，第一阶段年产对位芳纶 500 吨竣工投产。
广 东 彩 艳 股 份 有 限 公 司 计 划 建 设 100 吨 芳 纶 Ⅲ产业化示范项目，预计 2011 年建成投产，届时我 国 将 成 为 俄 罗 斯 之 后 第 二 个 掌 握 芳 纶Ⅲ— ——杂 环 共聚酰胺纤维生产技术的国家。
作为橡胶骨架材料的芳纶浸胶帘子布， 具有高 强度、高模量、热收缩低、尺寸稳定性好、耐化学腐蚀 及节约能源等优点，因此它将逐步取代钢丝，成为载 重子午胎、飞机轮胎、军用轮胎、轻卡轮胎、工程胎及 其它特殊轮胎的首选骨架材料。 使用芳纶帘子布，可 有效降低轮胎的重量；提高轮胎的热安全系数，增加 使用寿命；减小滚动阻力，降低能耗；有利于轮胎回 收，保护环境。 芳纶浸胶帘子布是二十一世纪的“绿 色环保产品”，是替代钢丝的理想骨架材料。
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
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。
2005 年 11 月，神马集团成立项目部，采用连续 法聚合工艺路线，建设 500 吨/年连续聚合产业化研 究装置。 2007 年 6 月开始投料试车。 经过反复的工 艺、设备修改完善，目前在关键工艺技术上取得了 突破性进展。
目前，该项目溶剂回收系统运行平稳，精致后 溶剂含水率低于 100PPM， 溶剂回收率达到 93％以 上 ；聚 合 树 脂 粘 度 达 到 6.5dl/g；纺 丝 实 现 了 液 晶 纺 丝，纤维强力提高至 18g/d 以上，最高可 达 20.2g/d。 用事实证明，中国企业自行设计的这条试验线是可 以实现芳纶生产。 终于在 2007 年 8 月，神马集团打 通全部生产流程，产品终于面世，在国内率先生产 出性能指标接近国际先进水平的对位芳纶， 并于 2008 年 4 月通过国家鉴定。 截至目前，整条生产线 运行平稳，各项技术指标均达到预定要求。 下一步， 该集团将对现有生产线进行工艺升级、填平补齐和 扩规发展，早日实现对位芳纶纤维的工业化生产。
3.很好的耐刺扎、耐切割性能。 芳纶轮胎的耐磨 性性能提高约 3％。 芳纶兼备了材料的刚性和韧性 （刚 性是钢的 4～6 倍 ，韧 性 是 钢 的 2 倍 ），且 分 子 结 构呈现惰性，对化学药品和物理侵蚀有很强的抵抗 力，可以提高轮胎的翻新次数，而且带束柔软，角度 小，每根帘线长度比胎面接地长度长，轮胎滚动时
3.需求状况 新材料是我国“十二五”期间重点扶持和发展 的新 兴产业，2010 年 10 月 ，国务院《关 于加快培育 和发展战略性新兴产业的决定》（国发 [2010]32 号）
工业的总利润。 我 国 芳 纶 开 发 起 步 较 晚 ，2009 年 烟 台 氨 纶
1000 吨/年对位芳纶产业化前， 国内还没有一套芳 纶 1414 生产装置。 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。 而今项目的产业化，有利于缓解国内芳纶的 供需矛盾可争取 打入国际市场、出口创汇。
自 20 世纪 60 年代，由美国杜邦公司成功开发
出芳纶纤维并率先产业化后，在 40 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，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。
二、芳纶 1414 材料性能、用途、需 求状况
1.芳纶 1414 的性能 对位芳纶于 1971 年研制成功，次年投入生产。 对位芳纶性能中突出特点是高强度和高模量。 它的 强度为钢的 3 倍， 为强度较高的涤纶工业丝的 4
2.芳纶 1414 的基本用途及优势 芳纶 1414 的基本用途见表 2。 芳 纶 1414 作 为 特 种 纤 维 、复 合 材 料 ，在 航 天 、
截 至 2010 年 ， 我 国 芳 纶 总 生 产 能 力 为 9100 吨，但主要以芳纶 1313 为主，产能为 7600 吨，对位 芳纶的生产较美、日仍差距巨大。
航空、交通、通讯等领域获得了广泛的应用。 近年 计，杜邦公司芳纶及其制品每年产生的利润起码有
来，芳纶 1414 的特性逐步被人们认识，需求量与日 80 亿元，仅芳纶一个品种的利润就超过了我国化纤
俱增。 据报道，目前，芳纶产品用于防弹衣、头盔等约
占 7%～8% ， 航 空 航 天 材 料 、 体 育 用 材 料 大 约 占 40%；轮胎骨架材料、传送带材料等方面大约占 20% 左右，还有高强绳索等方面大约占 13%。
芳纶在我国橡胶骨架领域，近年也取得了很大
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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。
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移动小，耐磨性好，周向变形小，因此高速性能好， 轮胎的使用寿命长。
4.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。 另外芳纶轮胎的硫化时间也可以适当减少， 提高 硫化效率。
芳纶作为一种新兴的高性能纤维进入了飞速 发展的时期，我国也加紧了芳纶的生产步伐，四川 晨光金路公司、山东烟台氨纶股份有限公司等都建 立了一定规模的芳纶生产线，随着芳纶生产技术不 断发展和产能的不断提高，芳纶的国产化是大势所 趋，芳纶价格的也必将会大幅度下降。
基于芳纶轮胎具有节油、生热低、舒适性好、使 用寿命长等一系列优点，因此芳纶轮胎的价格无疑 会得到提高，据市场预测，以芳纶作带束层的高性 能轮胎单胎价格可提高 5%～10％， 因此即使在目前 芳纶价格较高的情况下，芳纶轮胎的经济效益也优 于同规格的钢丝胎，对于低宽断面、大直径轮辋、高 速度级别的高档胎来说，其经济效益则会更高。 随 着芳纶价格的降低，经济效益的增加，芳纶帘线在 高性能轮胎中的应用将日益广泛。 □
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倍。 它的初始模量，为涤纶工业丝的 4～10 倍，聚酰 胺纤维的 10 倍以上。 稳定性很好，在 150℃温度下 收缩率为零，在高温下仍能保持较高的强度， 260℃ 温度 下 仍 可 保 持 原 强 度 的 65％。 对 橡 胶 粘 附 性 良 好，是比较理想的帘子布纤维。 还具有低密度、优良 减震性、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 1414 的物理性能见表 1。