芳香族聚酰胺纤维
芳纶纤维介绍
芳纶芳纶(芳族聚酰胺纤维)可能是最知名的特种纤维，由尼龙而来，且与尼龙极其类似。
芳纶中含5％直接与两个芳香环相连的酰胺键。
著名的品牌，包括杜邦的Nomex和Kevl~，以及日本帝人公司与Kevl~非常相似的Twaron纤维。
Kevl~的强度和模量比传统的高强尼龙纤维，分别高2倍和9倍。
Kevlar能够应用于如下领域：防弹材料、复合材料支撑物，振动延续阻滞物、轮胎增强材料，高应力作业下的机械橡胶布、高强低延伸的绳索。
Nomex与Kevlar在化学组成上不同，它用异酞酰胺取代对酞酰胺，从而获得有优异耐热性的纤维，在高温条件下有优异的性能。
随着芳纶在安全和强力市场领域应用的深入，市场应用将会缓慢增加，但其量不会显著扩大，问题在于产量／价格／利润之间的相互关系。
从Spandex大量上市导致价格下降的经验来看，如果纤维价格下跌20％-50％，纤维的产量将会急剧增加芳纶纤维全称为"聚对苯二甲酰对苯二胺"，英文为Aramid fiber，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。
芳纶的发明:20世纪60年代由美国杜邦（DuPont）公司成功地开发并率先产业化;芳纶的发展: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。
芳纶纤维
芳纶纤维 - 间位芳纶
间位芳纶全称“聚间苯二甲酰间苯二胺”，英文缩写MPIA( poly-m-p纶1313。芳纶1313是一种开发早、应用广、产量大、发展快的耐高温纤维品种，其总量居特种纤维的第二位。其分子结构为：聚间苯二甲酰间苯二胺是排列规整的锯齿型大分子，在熔融以前就已经分解，玻璃化温度Tg为270℃，在350℃以下不会发生明显的分解和碳化。当温度超过400℃时，纤维逐渐发脆、炭化直至分解，但是不会产生熔滴；在火焰中不延燃，具有较好的阻燃性，极限氧指数LOI为29%—32%，性能极佳。间位芳纶的突出特点是优异的耐高温性，良好的尺寸稳定性，优良的可纺性、防火性和耐腐蚀性。
(l)聚间苯二甲酰间苯二胺缩聚物的制备芳纶1313由间苯二甲酰氯(ICI)和间苯二胺(MPD)缩聚而成，其反应式为：生产缩聚物主要有如下三种方法。
①界面缩聚法 把配方量的间苯二胺溶于定量的水中，加入少量的酸吸收剂成为水相。再将配方量的ICI溶于有机溶剂中，然后边强烈搅拌边把ICI溶液加到MPD的水溶液中，在水和有机相的界面上立即发生反应，生成聚合物沉淀，经过分离、洗涤干燥后得到固体聚合物。
③乳液缩聚法 将ICI溶于与水有一定相溶性的有机溶剂（如环己酮），MPD溶于含有酸吸收剂的水中，高速搅拌，使缩聚反应在搅拌时形成的乳液体系的有机相中进行。此方法利于热量传递。此外，还有专利报道有气相缩聚法制备芳香族聚酰胺。
鉴于低温溶液缩聚与界面缩聚、乳液缩聚相比，耗用溶剂少，生产效率高，在直接使用树脂溶液进行纺丝、打浆和制膜时可以省去树脂析出、水洗和再溶解等操作，在生产上更为经济，所以低温溶液聚合
聚合过程包括适量的PPD在缩聚溶剂中溶解，氮气保护下冷却到-15℃，然后伴随搅拌添加TPC，生成的产物是黏稠的糊状浆，反应物允许静置过夜，同时逐渐升温至室温。通过将此反应物在混合器中用水搅拌，洗去溶剂和HCl，聚合物过滤收集。在该反应中，溶剂的选择、反应物的化学计量、体系中水分等因素对决定聚合物分子质量有重
芳纶纤维概述
芳纶纤维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均直接与芳香环中的碳原子相连接并置换其中的一个氢原子的聚合物称为芳香族聚酰胺纤维，我国定名为芳纶纤维。
芳纶纤维有两大类：全芳族聚酰胺纤维和杂环芳族聚酰胺纤维。
全芳族聚酰胺纤维主要包括对位的聚对苯二甲酰对苯二胺和聚对苯甲酰胺纤维、间位的聚间苯二甲酰间苯二胺和聚间苯甲酰胺纤维、共聚芳酰胺纤维以及如引入折叠基、巨型侧基的其它芳族聚酰胺纤维。
杂环芳族聚酰胺纤维是指含有氮、氧、硫等杂质原子的二胺和二酰氯缩聚而成的芳纶纤维，如有序结构的杂环聚酰胺纤维等。
1、聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）纤维PPTA纤维是芳纶在复合材料中应用最为普遍的一个品种。
中国于80年代中期试生产此纤维，定名为芳纶1414（芳纶II）。
芳纶纤维具有优异的力学、化学、热学、电学等性能。
PPTA纤维具有高拉伸强度、高拉伸模量、低密度、优良吸能性和减震、耐磨、耐冲击、抗疲劳、尺寸稳定等优异的力学和动态性能；良好的耐化学腐蚀性；高耐热、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。
2、聚对苯甲酰胺（PBA）纤维中国于80年代初期曾试生产此纤维，定名为芳纶14（芳纶I）。
芳纶I的拉伸强度比芳纶II低约20%，但拉伸模量却高出50%以上。
芳纶I热老化性能好，这些性能用作某些复合材料的增强剂是很有利的。
3、芳纶共聚纤维采用新的二胺或第三单体合成新的芳纶是提高芳纶纤维性能的重要途径。
（1）对位芳酰胺共聚纤维它是由对苯二甲酰氯与对苯二胺及第三单体3，4'-二氨基二苯醚在N，N'-二甲基乙酰胺等溶剂中低温缩聚而成的。
共聚物溶液中和后直接进行湿法纺丝和后处理而得的各种产品。
（2）聚对芳酰胺苯并咪唑纤维一般认为它们是在原PPTA的基础上引入对亚苯基苯并咪唑类杂环二胺，经低温缩聚而成的三元构聚芳酰胺体系，纺丝后再经高温热拉伸而成。
芳纶
1000cN／dtex，是普通锦纶的20倍。
• 芳纶非常坚韧。芳纶的拉伸强度高达20-25cN／ dtex，是普通锦纶的3倍。甚至超过钢， • 不容易断裂，芳纶对波的传播速度快。 当子弹击中时，若防弹衣的抵抗力超过子弹
的冲击力时，就可以阻止子弹的穿透。
在宇航上的应用
首先，在对付极度温差方面，芳纶有很好的耐高温性，
世界上最早研制芳纶1313纤维的是美国杜邦 公司。1956年开始研究，1967年正式开始工业 化生产，改称Nomex。
国内发展概况 我国芳纶1313早在1964年初开始研究。1969年 研究工作已取得较大进展，所研制的纤维性能 已接近当时的Nomex纤维水平。
芳纶1313的结构、性能及用途
聚间苯二甲酰间苯二胺即MPIA，分子结构为
从PPTA 的结构上可以看出：(1)构成PPTA 主链 的共价键键能非常大 (2)分子链中含有苯环，分 子结构上的酰胺基团被芳环分离且与苯环形成π 共轭效应，内旋转位能相当高，分子链节呈平面 刚性伸直链的构象，决定了纤维具有较高的结晶 度，且结晶相对较完整；（3）分子中含有较多 的极性基团，大分子呈伸直链构象，分子之间相 互作用力非常强；（4）大分子之间平行排列， 分子之间空隙较小，相互作用力较强而刚性较好， 模量非常高。
芳纶
一、引言
芳纶是一种高强度、高模量、低密度和耐磨 性好的本质耐热阻燃纤维。它的全称是芳香 族聚酰胺纤维，简称芳纶。 商用芳纶主要分间位芳纶和对位芳纶两大类。 间位芳纶主要有杜邦的Nomex、帝人的Conex 等；对位芳纶主要有杜邦的Kev1ar、帝人的 Twaron、Technora等。
芳纶1313 国外发展概况
在防火上的应用
•山东烟台氨纶股份有限公司芳纶1313纤维产业化技术 传统的消防服一般采用的是后处理阻燃布料，
芳纶复合材料的结构
芳纶复合材料的结构
芳纶复合材料是由芳香族聚酰胺纤维和一种或多种材料复合而成的材料。
其结构特点主要包括以下几个方面：
1.芳香族聚酰胺纤维：芳纶纤维是一种由芳香基团和酰胺基团组成的线性聚合物，具有优异的力学性能、稳定的化学结构、理想的机械性质，如超高强度、高模量、耐高温、耐酸碱、质量轻和耐磨损等。
2.复合结构：芳纶复合材料通常由芳纶纤维和一种或多种其他材料组成，这些材料可以是金属、陶瓷、橡胶、树脂等。
这种复合结构可以充分发挥不同材料的优点，使得整个复合材料具有优异的综合性能。
3.增强相：在芳纶复合材料中，芳纶纤维通常作为增强相，通过与基体的结合，提供复合材料的主要承载能力和优良的力学性能。
4.界面相：为了提高芳纶复合材料的性能，通常需要在芳纶纤维和基体之间建立一个良好的界面。
这种界面可以通过各种界面处理技术来实现，如表面涂层、化学处理等。
5.基体相：基体相是复合材料中的另一个重要组成部分，它主要起到粘结纤维和传递载荷的作用。
根据所使用的基体材料不同，芳纶复合材料的性能和应用领域也会有所不同。
总之，芳纶复合材料的结构特点在于其由多种材料组成，并具有良好的界面相和各向同性的力学性能。
这种材料可以广泛应用于航空航天、军事、汽车、体育等领域，作为结构材料或功能材料使用。
对位芳香族聚酰胺纤维规模化生产关键技术
大规模生产芳香聚酰胺纤维的关键技术是材料科学领域的重要研发领域。
芳香聚酰胺纤维（英語：Aromatic polyamide fibers），又称芳香纤维，是一类以高强度，耐热性，低易燃性而闻名的合成纤维。
它们被广泛用于需要特殊机械特性的应用，如弹道和耐切割的机体装甲，航空航天组件，以及高性能的工业材料。
芳香聚酰胺纤维的大规模生产涉及若干关键的技术挑战，包括聚合物合成、旋转、纤维加工和质量控制。
近年来，在应对这些挑战方面取得了重大进展，提高了制造业的效率、成本效益和产品质量。
开发的一个关键领域是高纯度芳香聚酰胺聚合物的合成。
这涉及仔细选择和精确控制温度，压力，催化剂浓度等反应条件，以确保所期望的分子重量，聚合物结构，以及热性能。
采用高性能液相色谱（HPLC）和核磁共振（NMR）光谱学等先进分析技术来监测和优化聚合过程，形成具有优越机械和热特性的聚合物。
将聚合物溶液转化为连续丝状物的旋转过程一直是研究的重点，以改善所产生纤维的机械性质和统一性。
脊柱设计，挤压参数，溶剂系统方面的创新导致了抗拉强度较高，模态，维稳定性的芳香纤维的生产。
开发新的螺旋后处理方法，如伸展和热置，进一步提高了纤维的机械性能和可处理性。
在纤维加工阶段，旋转、编织和编织技术的进步使得能够生产具有特制特性的丁香织物，如高灵活性、防磨和化学稳定性。
这些织物被广泛应用，从防护服和轮胎加固到结构工程和汽车组件的复合材料。
气压织物特性的定制能力扩大了其在新兴市场的使用，例如运动设备、过滤材料和电子设备。
还制定了质量控制和测试方法，以确保大规模生产的一致性和可靠性。
采用非破坏性评价技术，如超声波测试和红外光谱学，来评估芳香纤维和织物的完整性和性能。
先进的机械测试，如抗拉强度测试和撞击测试，提供了材料强度，模具，硬度的宝贵数据，使制造商能够满足严格的监管和客户要求。
大规模生产芳香聚酰胺纤维的关键技术包括广泛的学科，包括聚合物化学、加工工程和质量保证。
芳香族聚酰胺纤维的性能与应用
着采用芳砜纶 纤维 制品的防火 性能不会 因穿着或洗涤 而丧
其主链结构上 的大分子通 常呈高度 的规则性排列 ，在其 刚
性 的 直 线 型 分 子 链 中 ， 由 于 存 在 着 较 强 的 共 价 键 和 较 弱 的 共 轭 键 ， 而 且 在 酰 胺 基 中 氧 原 子 和 氮 原 子 会 产 生 共 轭
材料 。 芳纶 １ １ 为耐高 温纤 维 ，其产 品主要 用于 航空 飞行 ３ ３ 服 ．宇宙航行服 、原子 能工业 的防护 服 以及绝缘 服 、消 防 服等 。另外 ，它也 用于 制作 防火 帘、防燃手套 、高温下化
温度 ， ℃
嬖 ‘ 。
簪
篆一 。
剖 骥 ２ 。
工过 滤布和气体 滤袋 、高温 运输带 、机 电高温绝 缘材料 以 及 民航飞 机 中的 装饰 织物 等 。此 外 ，还 可 以用作 室 内织
参考 文献：
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认识芳纶
各类增强纤维比强度比模量
芳纶纤维的强度和模量高，密度低， 芳纶纤维的强度和模量高，密度低，因而此种增强纤 维有很高的比强度和比模量。 维有很高的比强度和比模量。
（1）不熔融 ） （2）高温能保持高强度与高弹性模量 ） （3）耐热、不易燃烧 ）耐热、 （4）尺寸稳定、几乎不发生蠕变 ）尺寸稳定、 （5）耐药性好，在有机溶剂及油中性能不下降 ）耐药性好， （6）耐疲劳性，耐磨性好 ）耐疲劳性， （7）对放射性线的抵抗性大 ） （8）非导电、且诱电性能优越 ）非导电、 （9）与无机纤维相比振动吸收性好、减衰速度快 ）与无机纤维相比振动吸收性好、
该纤维内部大分子沿纵向取向，取向度很高，生成了大约100％ 该纤维内部大分子沿纵向取向，取向度很高，生成了大约100％ 的 100 次晶结构。具有极强的链间结合力，抗拉强度可达2.2 N／tex以上 以上， 次晶结构。具有极强的链间结合力，抗拉强度可达2.2 N／tex以上， 弹性模量达48 N／tex，是一般锦纶的9 l0倍 不但可以耐酸碱， 弹性模量达48 N／tex，是一般锦纶的9～l0倍，不但可以耐酸碱，而 且对橡胶有良好的粘着力。间位芳纶的突出特点是优异的耐高温性， 且对橡胶有良好的粘着力。间位芳纶的突出特点是优异的耐高温性， 良好的尺寸稳定性，优良的可纺性、防火性和耐腐蚀。 良好的尺寸稳定性，优良的可纺性、防火性和耐腐蚀。聚间苯二甲酰 间苯二胺是排列规整的锯齿型大分子，在熔融以前就已经分解，玻璃 间苯二胺是排列规整的锯齿型大分子，在熔融以前就已经分解， 化温度Tg为270℃， 350℃以下不会发生明显的分解和碳化。 化温度Tg为270℃，在350℃以下不会发生明显的分解和碳化。当温度 Tg 以下不会发生明显的分解和碳化 超过400℃时 纤维逐渐发脆、炭化直至分解，但是不会产生熔滴； 超过400℃时，纤维逐渐发脆、炭化直至分解，但是不会产生熔滴； 400℃ 在火焰中不延燃，具有较好的阻燃性，限氧指数LOI为29％～32％ 在火焰中不延燃，具有较好的阻燃性，限氧指数LOI为29％～32％ 。 LOI ％～32
芳纶纤维
2. 对位芳香族聚酰胺纤维 (1)聚对苯甲酰胺（聚对胺基苯甲酰）纤维Poly（P-benzamide） 聚对苯甲酰胺（聚对胺基苯甲酰）纤维 聚对苯甲酰胺 （ ） 简称PBA纤维。 纤维。 简称 纤维
NH
CO n
(2)聚对苯二甲酰对苯二胺纤维 聚对苯二甲酰对苯二胺纤维 Poly（P-Phenlene terephthalamide）简称 （ ）简称PPTA纤维 纤维
简单流程图 第一阶段
第二阶段
1. Kevlar的缩聚工艺 Kevlar的缩聚工艺 （1）原料 ） 1）对苯二甲酰氯 ） 2）对苯二胺 ） 3）溶剂 ） （2）缩聚反应 ）
（3）操作方式和特点
方式名称 操作过程 方法特点
间隙缩聚 N2气保护下聚合物单体溶 设备利用率低 液在反应器中缩聚， 液在反应器中缩聚，除去 限制大规模生产 产物中的盐酸和溶剂（ 产物中的盐酸和溶剂（ 聚合物成本低 连续缩聚 气相缩聚 将对苯二胺和对苯二甲酰 不需要溶剂 氯及氮气在反应器中进行 产物纯度高 气相缩聚 纤维性能高
液晶的基本概念
物质的状态:固态，液态，气态 物质的状态:固态，液态，
气态： 气态： 液态：具有高的流动性， 液态：具有高的流动性，构成液体的分子能够在整个体积中自由 移动，不具有长程有序，各向同性。 移动，不具有长程有序，各向同性。 固态：具有一定的形状， 固态：具有一定的形状，构成固体的分子或原子在固体中具有有 序规整的排列，具有长程有序，具有各向异性。 序规整的排列，具有长程有序，具有各向异性。 液晶（ ）：是介于各向同性的液体和完全有序的晶 液晶（Liquid Crystals）：是介于各向同性的液体和完全有序的晶 ）： 体之间的一种取向有序的流体，它既有液体的流动性， 体之间的一种取向有序的流体，它既有液体的流动性，又有晶体 的双折射等各向异性的特征；是一种中间态。 的双折射等各向异性的特征；是一种中间态。
芳纶
用作复合材料
特别是因其比重小，在某些情况下，可与 碳纤维竞争。芳纶1414/碳纤维按不同比例混 用后，芳纶1414的压缩特性和碳纤维的耐冲击 特性都得到了改善，二者的巧妙配合，是高性 能复合材料发展方向之一。
用于高强轮胎帘子线
芳纶1414比重小，强度高，耐热性好，并 且对橡胶有良好的粘附性，所以成为最理想的 帘子线纤维。 目前世界几大轮胎巨头米其林、固特异、 倍耐力等公司都已采用芳纶1414作轮胎帘子线， 大量用于高级轿车领域。.
芳纶1313
芳纶1313在美国的商品名称叫诺曼克斯（Nomex）。 1967年正式工业化生产。是一种耐高温纤维， 由聚间苯二甲酰间苯二胺构成，是目前所有耐 高温纤维中产量最大、应用最广的一个品种。
聚间苯二甲酰间苯二胺
芳纶1313的特点
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, 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 阻燃性。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。 电绝缘性。芳纶1313介电常数很低,固有的介电强度 使其在高、低、高湿条件下均能保持优良的电绝缘性, 用其制备的绝缘纸耐击穿电压可达到10万伏/mm2,是 全球公认的最佳绝缘材料。
聚对苯二甲酰对苯二胺纤维
芳纶1414的制造是采用干-湿法纺丝法 干-湿法纺丝是纺丝液从喷丝孔喷出后,先穿过 一层5-10mm的空气层,在这一空气层中纤维的 喷丝头拉伸倍数较高,因而纺丝速度比湿纺法 高得多. 其次,与湿纺相比,干-湿法纺可采用孔眼直径较 大的喷丝头,所以能采用浓度较高和温度高的 纺丝液.
芳香族聚酰胺
芳香族聚酰胺芳香族聚酰胺是20世纪60年代首先由美国杜邦公司开发成功的耐高温、耐辐射、耐腐蚀尼龙新品种。
目前投入实际应用的主要有两种：诺梅克斯（间位芳纶或芳纶1313）：人造纤维，化学名称：为聚间苯二甲酰间苯二胺（MPIA）。
结构特性：1、分子链中交替排列的苯环，使分子链不能内旋转。
2、极性酰胺基在分子链之间形成氢键，增大分子主链之间的作用力。
3、苯环与酰胺基之间形成共轭体系。
以上三点赋予了材料有很优异的耐热性、突出的强度、刚度、高熔点、高黏度。
制备方法：以间苯二甲酰氯和间苯二胺为单体进行界面缩聚或低温溶液缩聚。
界面缩聚是将间苯二甲酰氯溶于环己酮中成为有机相，间苯二胺溶在碳酸钠水溶液中成为水相，在快速搅拌下将水相倒入有机相，两相在界面进行缩聚。
Nomex具有远高于脂肪族PA的力学性能和耐热性能，1、寿命长：作为纤维织物，是脂肪族PA纤维布的8倍，棉布的20倍；2、良好的耐热老化性：250oC经2000h热老化后，表面电阻率和体积电阻保持不变；3、较好的电性能：在较高温度或潮湿的环境下仍可保持较好的电性能。
主要用于 H级电绝缘材料和制备高性能纤维（HT-1纤维）耐热性能测试：在实验室中进行耐热测试。
必须能够经受距离为3厘米，摄氏300到400度的明火，如果在10秒内没有点着，才可用于制造赛服。
车手和车队人员的内衣、头罩、袜子和手套都是用诺梅克斯制造的。
全对位聚芳酰胺是酰胺基位于苯环对位的一种聚芳酰胺，制备方法有两种。
1、对苯二胺与对苯二甲酰氯缩聚缩聚产物称聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA），又称芳纶1414树脂主要用于制备凯夫拉（Kevlar）纤维2、对氨基苯甲酸自缩聚缩聚产物为聚对苯甲酰胺（PBA），又称芳纶14，也用于制纤维，称为B纤维如欲加入艾邦高分子工程塑料交流群，可以加群主：181431895这是一种芳纶复合材料，全对位聚芳酰胺具有超高强度、超高模量、耐高温、耐腐蚀、阻燃、膨胀系数小等一系列优异性能。
芳纶
•冲击性能好 •断裂伸长高
约为石墨纤维的6 约为石墨纤维的6倍，为硼纤维的3倍，为 为硼纤维的3 玻璃纤维0.8倍 玻璃纤维0.8倍 在3％左右，接近玻璃纤维，高于其他纤维。 左右，接近玻璃纤维，高于其他纤维。 大强度保留率为21 水中的85% 大强度保留率为21 ℃水中的85%
•水中的强度保留率高 •收缩率和膨胀率小 •具有良好的耐应力 开裂性能
上，对于强度几乎没有影响。在-170℃的低温下也 对于强度几乎没有影响。 ℃ 不会变脆，仍能保持其性能。 不会变脆，仍能保持其性能。
•
具有良好的耐介质 耐介质性能 具有良好的耐介质性能
对中性化学药品的抵抗力一般是很强的， 抵抗力一般是很强的 对中性化学药品的抵抗力一般是很强的，但易受各 酸碱的侵蚀，尤其是强酸的侵蚀 种酸碱的侵蚀，尤其是强酸的侵蚀
耐腐蚀
Text
低密度
纤维名称
密度(g/cm3) 密度
拉伸强度 (MPa)
初始拉伸模量 (GPa)
延伸率 (%)
Nomex Kevlar 芳纶Ⅱ 芳纶Ⅱ 芳纶Ⅰ 芳纶Ⅰ 碳纤维T500 碳纤维 E玻璃纤维 玻璃纤维 硼纤维 氧化铝纤维
1.38 1.43~1.44 1.44 1.465
0.66 3.22 2.6~3.3 2.8~3.4
芳纶纤维 Aramid Fibers
B y 董丹丹 龚昌萍 林琳 王蕾
1 2 3 4
芳纶的简介 芳纶的特点 芳纶的制造 芳纶的用途
芳纶的简介
•芳纶全称为“芳香族聚酰胺纤维”,英文为A ramid fiber（杜邦公司的商品名为Kevlar），是 一种新型高科技合成纤维。
对位芳酰胺纤维（ 对位芳酰胺纤维（PPTA） ） 分类 间位芳酰胺纤维（ 间位芳酰胺纤维（PMIA） ）
芳香族聚酰胺纤维
PPTA纤维的用途
产业用纺织品; 防护服; 增强材料.
Nomex纤维的DSC曲线图
Nomex纤维的TGA曲线图
Nomex长时间暴露于高温下强度保持率
温度（℃）
177
218
260
260
300
304
暴露时间（hr）
3000
2900
1000
2200
1000
280
断裂强度保持率
90
70
65
CO
n
Co-poly(paraphenylene/3,4′-
oxydiphenylene terephthalamide) （3,4′-POPT）
生产对位芳纶各企业及其生产能力
集团 杜邦公司
帝人集团 合计
企业 杜邦（US）
杜邦（UK） 东丽杜邦 合计
帝人特克诺产 帝人特瓦隆 合计
工厂 Richmond, VA（美
6.75
6.00
5.25
4.50
3.75
3.00
2.25
-30
-20
-10
0
10
20
Æð ʼ · ´ Ó¦ Π¶È ,¡æ
溶剂体系含水量对PPTA树脂比浓对数粘度影响
PPTAÊ÷¬Ö ĵ ȱŨԶ ýÊ ³Õ ȶ ¬£ dl/g
6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5
0
100
200
单体摩尔配比对MPIA比浓对数粘度影响
2.6 2.4 2.2 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2
0.94 0.96 0.98 1.00 1.02 1.04 1.06
µ¥ Ìå Ħ ¶û Åä ± È (õ£ ÂÈ /¶þ ° ·)
kevlar纤维的结构特点
Kevlar纤维的结构特点Kevlar纤维是一种高性能合成纤维，由美国杜邦公司于1965年发明。
它具有出色的强度和耐热性能，被广泛应用于防弹衣、安全带、轮胎等领域。
Kevlar纤维的独特结构决定了其优异的性能。
1. 分子结构Kevlar纤维是一种芳香族聚酰胺纤维，主要由聚对苯二甲酰胺（PPTA）单体组成。
PPTA分子中含有苯环和酰胺基团，这些基团通过共价键连接在一起形成聚合物链。
2. 高度有序排列Kevlar纤维具有高度有序的分子排列，这是其优异性能的重要原因之一。
PPTA分子链在制备过程中通过拉伸和热处理等工艺使得分子链得以有序排列，并形成了平行于纤维轴向的晶体区域。
这种有序排列使得Kevlar纤维具有较高的强度和刚性。
3. 刚性与柔韧并存尽管Kevlar纤维具有很高的刚性，但它仍能保持一定的柔韧性。
这是由于Kevlar纤维中芳香环的共轭结构和酰胺基团的存在。
共轭结构可以增强分子链之间的相互作用力，提高纤维的刚性；而酰胺基团则使得分子链之间具有一定的可移动性，从而增加了纤维的柔韧性。
4. 高强度与高模量Kevlar纤维具有极高的强度和模量。
强度是指材料抵抗外力破坏的能力，而模量则衡量材料对应力变形的抵抗能力。
Kevlar纤维在干燥状态下具有很高的拉伸强度（约3.6-4.1 GPa）和模量（约70-130 GPa），比钢铁还要强硬。
这使得Kevlar纤维成为防护材料领域中重要的选择。
5. 耐热性Kevlar纤维具有出色的耐热性能。
它可以在较高温度下长时间保持稳定，并且不会熔化或流动。
这是由于Kevlar纤维中的酰胺基团具有较高的熔点，使得纤维能够在高温下保持结构稳定。
6. 阻燃性Kevlar纤维具有良好的阻燃性能。
在受到火焰或高温时，Kevlar纤维不会自行燃烧，也不会滴落。
这是由于Kevlar纤维的化学结构决定了其分解温度较高，而且分解产物中没有易燃物质。
7. 耐化学腐蚀性Kevlar纤维对大多数常见化学物质具有较好的耐腐蚀性。
芳纶纤维
防弹纤维—芳纶1414
防弹纤维—芳纶1414
几乎与芳纶1313的发明同步，杜邦公司在上世纪六十年代末研制出另一种高性能合成纤维—芳纶1414，其 商品于1972年首次问世，定名为Kevlar®(凯芙拉)。
芳纶1414外观呈金黄色，貌似闪亮的金属丝线，实际上是由刚性长分子构成的液晶态聚合物。由于其分子链 沿长度方向高度取向，并且具有极强的链间结合力，从而赋予纤维空前的高强度、高模量和耐高温特性。
芳纶1414首先被应用于国防军工等尖端领域。为适应现代战争及反恐的需要，美、俄、英、德、法、以色列、 意大利等许多国家军警的防弹衣、防弹头盔、防刺防割服、排爆服、高强度降落伞、防弹车体、装甲板等均大量 采用了芳纶1414。在防弹衣中，由于芳纶纤维强度高，韧性和编织性好，能将子弹冲击的能量吸收并分散转移到 编织物的其它纤维中去，避免造成“钝伤”，因而防护效果显著。
简介
简介
芳纶纤维是重要的国防军工材料，为了适应现代战争的需要，目前，美、英等发达国家的防弹衣均为芳纶材 质，芳纶防弹衣、头盔的轻量化，有效提高了军队的快速反应能力和杀伤力。在海湾战争中，美、法飞机大量使 用了芳纶复合材料。除了军事上的应用外，现已作为一种高技术含量的纤维材料被广泛应用于航天航空、机电、 建筑、汽车、体育用品等国民经济的各个方面。在航空、航天方面，芳纶由于质量轻而强度高，节省了大量的动 力燃料，据国外资料显示，在宇宙飞船的发射过程中，每减轻1公斤的重量，意味着降低100万美元的成本。除此 之外，科技的迅猛发展正在为芳纶开辟着更多新的民用空间。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%。
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后改称“Twalon”。
建成Kevlar2000吨/年生产线 与杜邦合作，在日本开始销售 HM—50工业化
第一节
概述
四、芳香族聚酰胺纤维的应用领域
芳纶纤维的应用领域示意图
第二节
聚对苯二甲酰对苯二胺纤维
商品名为Nomex纤维或Conex纤维我国称为芳纶1313。
第一节
1、化学结构
概述
NH
NH CO
CO
n
第一节
2、性能特点
概述
①机械性质：强度较高。在通常情况下，强
度为48.4cN/tex，断裂伸长率为17%。
②纤维密度：为1.38g/cm3。
第一节
概述
③热学性质：芳纶1313具有良好的耐热性， 其耐腐蚀性和防燃性。如在260℃的高温下连
PPTA Kevlar29 Kevlar49 Kevlar119 Kevlar129 Kevlar149
1.43 1.45 1.44 1.44 1.47 1.39 2.54 7.8
202.9 195.8 211.7 233.7 158.8 247 84.7 30
3.6 2.4 4.4 3.3 1.5 4.6 4.0 1.7
仍能保持很高的强度。熔点为600℃，最高使用
温度为232℃。
④化学性能：具有良好的耐碱性，耐酸性好于 锦纶，具有良好的耐有机溶剂、漂白剂以及抗 虫蛀和霉变。对橡胶具有良好的粘附性。
对位芳香族聚酰胺纤维的一般物理性能
纤维种类 密度（g/cm3）强度(cN/tex)伸度（%）弹性模量（ cN/tex ）含水率（%）
维中强度最高的，其强度可达193.6cN/tex，
断裂伸长率为4%。初始模量远高于其它纤
维，其初始模量为4400cN/tex，为聚酰胺纤
维的11倍，为涤纶六倍左右。
②纤维密度：为1.43~1.44g/cm3。
第一节
概述
③热学性质：纤维的热稳定性远高于其它纤维，
在150℃下纤维的收缩率为0，在较高的温度下
一、单体和合成
（一）所用单体
合成聚对苯二甲酰对苯二胺所用单体一般为芳香族 二胺和芳香族二酸及其衍生物。
X基团：卤素（如Cl）、OR（R是烷基或芳基）、OH
第二节
聚对苯二甲酰对苯二胺纤维
（二）合成方法
1、界面缩聚
界面缩聚法是两种单体分别溶解在不相混溶 的溶剂中，即把对苯二甲酰氯溶解于与水不 相溶的有机溶剂中，对苯二胺溶剂在水相中， 当两种溶液相互混合时，在相的界面就发生 缩聚反应生成聚合物，因为聚合物不溶解在 两个溶剂里，因此以沉淀形式析出。
续使用1000h，其强度仍能保持原强度的65%；
在300℃的高温下连续使用一周，仍可保持原
强度的50%。
④化学性能：具有良好的耐碱性，耐酸性好
于锦纶，具有良好的耐有机溶剂、漂白剂以
及抗虫蛀和霉变。
间位芳香族聚酰胺纤维的一般物理性能 物性 Nomex Conex 密度（g/cm） 1.38 1.38 单丝纤度（tex) 0.22 0.22 拉伸强度(cN/tex) 35.3 47.6~61.7 断裂伸长率(%) 31 37 拉伸弹性模量(cN/tex) 617.4 661.5 含水率(%) 5 5 300℃热收缩率(%) 3.5 3.7 热分解温度(℃) — 400~430 250℃强度保持率(%) — 60 干热暴露强度保持率（250℃³1000H） (%) — 60 湿热暴露强度保持率（120℃³1000H） (%) — 60 LOI — 30~32
4851 7497 3793 6703 9790 5203 2646 2469
7.0 4.5 7.0 6.5 1.5 2.0 — —
Technora E玻璃 钢
第一节
概述
（二）聚间苯二甲酰间苯二胺纤维
聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的英文名称为 poly(m-phenyleneisophthalamide) Fiber，简写为 MPIA纤维。
发明干式纺丝法 间位系全芳香族聚酰胺纤维（Conex）上市 对位系全芳香族聚酰胺纤维“Kevlar（PPTA）” 上市。
第一节
概述
1974 FTC
1974 帝人 1979 恩卡 1982 杜邦 1984 东丽 1985 帝人
全芳香族聚酰胺纤维正式命名为“Aramid”
第一节
（三）其他品种
概述
第一节
概述
三、芳香族聚酰胺纤维的发展简史
1951 1953 1960 1965
1967 1968 1969 布 1970 1971 1972
杜邦 杜邦 杜邦 杜邦
杜邦 杜邦 杜邦 杜邦 帝人 杜邦
Flory发明低温溶液聚合法 Morgan开发全芳香族聚酰胺系低温溶液聚合法 开始开发间位全芳香族聚酰胺纤维Nonex(HT-1) Kwolek发明液晶纺丝法，开始研究对位系全芳 香族聚酰胺纤维（PBA） Nomex上市，用于纤维和造纸 开始研究对位系全芳香族聚酰胺纤维（PPTA） 对位系全芳香族聚酰胺“纤维—B（PBA）”公
第一节
概述
一、芳香族聚酰胺纤维的定义 泛指由酰胺基团直接与两个苯环基团连接而成 的线形高分子制造的纤维，称作芳香族聚酰胺
纤维（Aramid纤维）。
在我国，芳香族聚酰胺纤维称作芳纶，间位 Aramid纤维称做芳纶1313，对位Aramid纤维称 做芳纶1414。
第一节
概述
二、芳香族聚酰胺纤维的主要品种 （一）聚对苯二甲酰对苯二胺纤维
第二节
聚对苯二甲酰对苯二胺纤维
A—水相中二胺的浓度 A C B—有机相中二胺浓度 C—有机相中二酰氯浓度 P—溶液中聚合物浓度 S—S‘—界面层
界面缩聚的浓度分布
第二节
聚对苯二甲酰对苯二胺纤维
在界面缩聚中，反应发生在界面层里，因此 界面的产生、更新及二胺的扩散速率等反应 条件起了重要作用，对聚合物的分子量影响 很大。
聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的英文名称为 Poly(p-phenylene terephthamide) Fiber， 简写为PPTA纤维。
商品名为Kevlar纤维、Twaron纤维，我国称 为芳纶1414。
第一节
1、化学结构
概述
第一节
2、性能特点
概述
①机械性质：芳纶1414是目前使用的有机纤