芳纶

高性能纤维及制品

——芳纶

班级：纺贸0902班

姓名：陈媛

学号：090400618

芳纶纤维

一、芳纶的简介

芳纶的全称为芳香族聚酰胺纤维，是一种新型高科技合成纤维，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能,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，而重量仅为钢丝的1/5左右，在560度的温度下，不分解，不融化。它具有良好的绝缘性和抗老化性能，具有很长的生命周期。芳纶的发现，被认为是材料界一个非常重要的历史进程。

表1 芳纶与其它几种工业丝性能对比

二、芳纶纤维的历史背景

芳纶纤维的历史很短，发展很快。由美国杜邦公司首先发明和实现工业化，20世纪60年代，美国杜邦公司首先开发出具有优良热稳定性的间位芳纶，即Nomex纤维；1966年，公司又生产出了对位芳纶，即Kevlar纤维；1972年日本帝人公司生产对位芳纶Conex纤维；1986年荷兰Akzo公司生产出Twaron纤维；1987年日本帝人公司生产出Technora纤维，而我国于1972年开始进行芳纶的研制工作，并于1981年通过芳纶14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Kevlar29和Kevlar49。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，并且都完成了相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口。1999年，山东烟台氨纶股份有限公司正式提出建设中国第一个芳纶1313工程项目，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1313纤维，产品质量可与美国杜邦等世界一流公司媲美。

三、芳纶的生产工艺

图1 生产工艺流程图

1、聚合

芳香族聚酞胺的合成通常采用低温溶液缩聚法。即采用反应活性大的单体如对苯二甲酞氯和对苯二胺,在非质子极性溶剂如DMAC、NMP、HMPA等酞胺型溶剂中，在低温条件下进行缩聚反应的方法称为低温溶液缩聚法。适合于反应活性大、热敏性高的单体,在室温以下进行反应,可以避免副反应发生,得到相对分子质量高的聚合物。在高性能芳纶的低温聚合中,采用NMP/Cacl,聚合温度低于20℃。合体系必须保证无水。聚合时先将对苯二胺溶于溶剂中,在搅拌下加入等克分子比的对苯二甲酸氯,经数分钟后,体系粘度变稠,接着反应2h，然后用水进行沉析,

经分离、洗涤、粉碎和干燥后,即得到需要的成纤高聚物。缩聚反应如下式进行:

2、纤维成形

PPTA纤维成形技术是典型的由刚性链聚合物形成液晶性纺丝溶液的技术,采用杜邦公司发明的干喷湿纺的液晶纺丝方法,制取高强度高模量纤维,和传统的熔融纺丝、湿法纺丝及干法纺丝相比,引进了新的概念和理论基础。PPTA不溶解于有机溶剂,但溶于浓硫酸。溶液体系中,质量分数为20%的溶液在80℃下从固相向列型液晶相转移,到140℃时各向同性溶液相转移。因此,PPTA的液晶纺丝喷丝板的温度在80-90℃,而且为了使液晶分子链通过拉伸流动沿纤维轴向取向,必须有足够大的纺丝速度。凝固液的温度应控制在5℃左右,以利于PPTA大分子取向状态的保留,空气层的存在允许原液和凝固液的独立控制,使其保持较大的温差, 有利于提高纺丝速度。纺丝原液出喷丝头后经2cm长的空气层,然后进人温度约5℃的凝固浴中。初生纤维可不必进行拉伸,只需经充分水洗,并在150℃的空气中进行干燥,即可得到作帘子线用的高性能芳纶。对于作复合材料的专用纤维,则需在550℃及氮气保护下进行热处理,以提高纤维的弹性模量和降低其延伸度。

四、芳纶纤维的性能特点

芳纶浆粕是对芳纶纤维进行表面原纤化处理之后便得到的，其独特的表面结构极大地提高了混合物的抓附力，因此非常适合作为一种增强纤维应用于摩擦及密封产品中。六方特种纤维----芳纶1414浆粕，浅黄色絮花状，呈毛绒状，其毛羽丰富，强度高、尺寸稳定性好，无脆性、耐高温、耐腐蚀、有韧性、收缩率小、耐磨性好、表面积大，能很好的与其它物质结合，是一种补强材料，回潮率为8%，平均长度为2-2.5mm，表面积为8m2/g。而被用作垫片增强材料，具有较好的回弹性能和密封性能，对人体健康及环境无危害，可用作于水、油、烃类和中等强度的酸碱等介质的密封，造出的垫片具有优良的密封性能和抗蠕变松弛性能。事实证明，通常只需添加少于10%的浆粕，得到产品的强度相当于50-60%石棉纤维增强的产品。用于增强摩擦、密封材料等制成品，可作为石棉的替代

品用于摩擦密封材料，高性能耐热绝缘纸以及增强复合材料。

表2 世界各国生产的主要芳纶性能比较

五、芳纶的分类

芳纶主要分为两种，对位芳酰胺纤维（PPTA）和间位芳酰胺纤维（PMIA），自20世纪60年代由美国杜邦（DuPont）公司成功地开发出芳纶纤维并率先产业化后，在30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，价格也降低了将近一半。现在国外芳纶无论是研发水平还是规模化生产都日趋成熟。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。如美国杜邦的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纤维及俄罗斯的Terlon纤维等。间位芳酰胺纤维的品种有 Nomex、Conex、Fenelon纤维等。美国的杜邦是芳纶开发的先驱，他们无论在新产品的研发、生产规摸上，还是在市场占有率上都是世界一流水平，仅他们生产的Kevlar纤维，目前就有Kevlar 一49、Kevlar－29等十多个牌号，每个牌号又有数十种规格的产品。杜邦公司在去年宣布将扩大Kevlar纤维的生产能力，该扩建项目预计在今年年底完工。帝人、赫斯特等芳纶生产的知名企业也不甘示弱，纷纷扩产或联合，并积极开拓市场，希望成为这个朝阳产业的生力军。

自20世纪60年代后期以来，已经有多种芳纶问世，并工业化生产。芳纶种类比较多，其划分的方法也有多种。

第一种命名方法根据结构划分，分为对位芳纶和间位芳纶、邻位芳纶。对位芳纶的单体是对苯二甲酸和对苯二胺，单体的上的功能团为对位，聚合得到的链