2-芳香族聚酰胺纤维
高性能增强材料——芳纶纤维
高性能增强材料——芳纶纤维安源摘要: 芳族聚酰胺纤维由美国杜邦公司于20世纪60年代首先开发并最早实现工业化生产。
该产品可以用做增强材料。
介绍芳族聚酰胺纤维的发展、性能、制备及其应用。
关键词：芳纶；性能；制备；应用1 概述增强材料就像树木中的纤维，混凝土中的钢筋一样，是复合材料的重要组成部分，并起到非常重要的作用。
它不仅能使材料显示出较高的抗张强度和刚度，而且能减少收缩，提高热变形温度和低温冲击强度等。
复合材料的性能在很大程度上取决于纤维的性能、含量及使用状态。
例如在纤维增强复合材料中，纤维是承受载荷的组元，纤维的力学性能决定了复合材料的性能。
芳纶是芳族聚酰胺纤维的通称,主要分为聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)纤维(芳纶1414)和聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)纤维(芳纶1313)。
美国杜邦公司于20世纪60年代首先开发出芳纶1313和芳纶1414 ,并最早实现工业化生产(商品名分别为Nomex和Kevlar)。
1987年推出了KevlarHT、Kevlar68和Kevlar149。
1986年荷兰阿克苏(Akzo)公司生产出Twaron纤维; 1987年日本帝人公司生产出Technora纤维。
而中国于1972年开始进行芳纶的研制工作,并于1981年通过芳纶14的践定,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。
2 全球芳纶纤维的发展概况全球芳纶纤维产能主要集中在日本、美国和欧洲，生产芳纶纤维的公司也较为集中，目前全球从事芳纶纤维生产的厂家主要有５个：美国杜邦公司（Kevlar）、日本帝人公司（Twaron、Technora）、俄罗斯卡明斯克化纤股份公司（SVM、Apmoc、Rusar）和特威尔化纤股份公司（SVM、Apmoc）、韩国科隆公司（Kolon），其他国家或公司仅有少量生产。
2009年，全球芳纶纤维生产能力约9.51万t／a，其中对位芳纶纤维产能约6.61万t／ａ，杜邦和帝人二家公司产能合计6.15万t／ａ，占对位芳纶纤维产能的93%；间位芳纶纤维的产能约为2.9万t／ａ，主要的生产公司仍为杜邦公司，产能为全球总产能的75%以上。
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
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。
芳香族聚酰胺纤维
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（%）
芳香族聚酰胺膜
芳香族聚酰胺膜芳香族聚酰胺膜是一种高分子材料，因其独特的性能被广泛应用于各个领域。
本文将对芳香族聚酰胺膜的性能、制备方法、应用以及未来发展进行介绍和分析。
一、芳香族聚酰胺膜的性能芳香族聚酰胺膜具有卓越的机械性能、热稳定性、耐化学性和电性能。
其机械性能表现为高强度、高模量和高韧性，可以承受高温高压和强酸强碱等恶劣环境的腐蚀。
热稳定性表现为可以在高温下长期运行而不会发生分解和变质。
耐化学性表现为对多种有机溶剂和酸碱性物质具有较高的稳定性。
电性能表现为具有良好的电绝缘性和电导率，可用于电子材料和电气绝缘材料等领域。
芳香族聚酰胺膜的制备方法主要有溶液法和熔融法两种。
其中，溶液法是将芳香族聚酰胺溶解于有机溶剂中，制备成膜后再通过蒸发或干燥等方法将有机溶剂去除，得到芳香族聚酰胺膜。
熔融法则是将芳香族聚酰胺在高温下熔融，然后通过挤出或压延等方法制备成薄膜。
三、芳香族聚酰胺膜的应用芳香族聚酰胺膜在各个领域都有广泛的应用。
在电子材料领域，芳香族聚酰胺膜可以作为电容器和电感器等元件的介质材料，具有较高的电绝缘性和电导率。
在航空航天领域，芳香族聚酰胺膜可以作为热障涂层和结构材料等，具有较高的热稳定性和机械性能。
在生物医学领域，芳香族聚酰胺膜可以作为人工器官、组织修复材料和药物缓释载体等，具有良好的生物相容性和生物降解性。
四、芳香族聚酰胺膜的未来发展随着科技的不断进步和人们对高性能材料的需求不断增加，芳香族聚酰胺膜在未来的发展前景广阔。
一方面，可以通过改变其结构、添加功能单体等方法来提高其性能，拓展其应用领域。
另一方面，可以将芳香族聚酰胺膜与其他材料进行复合，形成新型复合材料，进一步提高其性能和应用范围。
芳香族聚酰胺膜是一种具有卓越性能的高分子材料，其制备方法简单，应用广泛，未来发展前景广阔。
相信随着技术的不断创新和应用领域的不断拓展，芳香族聚酰胺膜将会在更多的领域得到应用和发展。
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 ‘ 。
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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：
［］李金 宝， １ 张美云， 吴养育， 间位与对 位 芳纶纤 维造 纸性 等．
能 比较 ［ ． 和 造 纸 ，０ ５５：６７ ． Ｊ纸 ］ ２ ０ （） —９ ７
三 种 纤 维 的燃 烧 现 象见 表２，极 限 氧 指 数 如 图４ 示 。 所
［］高启 源． ２ 高性 能芳纶纤维的 国内外发展现 状［］ Ｊ． 化纤与纺
报 ．０ ５１： ８２ ． ２ ０ （）１ ．３
［】 ５ 任加 荣， 锦， 慌． 纶纤 维热处 理 力学性 能分析 王 俞镇 芳砜
［］ 际纺 织报 ， ０ ， １： ．４ Ｊ． 国 ２ ７（ ） ７３ ． ０ １ ２
［］张丽， ６ 李亚滨 ， 刘建 中． 芳砜纶 纤维耐 热性 能的研究 ［］ Ｊ． 天 津工业 大学学报 ．０ ６ ５６：７１ ． ２ ０ ， （）１．９ ２
芳香族聚酰胺纤维的性能与应用
芳香族聚酰胺纤维的性能与应用作者：季萍孙俊河何琴等来源：《中国纤检》2010年第23期摘要：芳香族聚酰胺纤维是一种高技术含量和高附加值的特种高性能纤维，这类纤维品种很多，结构和性能差异较大。
本文研究了芳纶1414(Kevlarl29)、芳纶1313(Nomex)和芳砜纶三种典型的芳香族聚酰胺纤维的性能和应用。
主要测试比较了三种纤维的强伸性、耐热性和阻燃性。
研究结果表明，强伸性：芳纶1414>芳纶1313>芳砜纶；耐热性：芳砜纶>芳纶1313>芳纶1414；阻燃性：芳砜纶>芳纶1313>芳纶1414。
因此，芳纶1414作为轮胎帘子线和防弹等高强度材料，而芳纶1313和芳砜纶作为耐高温和阻燃材料。
关键词：芳纶1414纤维；芳纶1313纤维；芳砜纶；性能；应用芳香族聚酰胺纤维是一种高技术含量、高附加值的特种纤维，通常具有十分优异的力学性能、稳定的化学性能和理想的机械性能。
芳香族聚酰胺纤维种类很多，其结构性能差异也很大。
按结构可分为间位芳酰胺纤维和对位芳酰胺纤维，其中聚对苯二甲酰对苯二胺纤维和聚间苯二甲酰间苯二胺纤维是最具代表性的高性能纤维，按性能可分为耐热型和高强高模型。
为了掌握常用芳香族聚酰胺纤维的主要性能，本文主要测试比较了芳纶1414、芳纶1313和芳砜纶三种芳香族聚酰胺纤维的主要性能，包括强伸性、耐热性和阻燃性，为合理使用这三种芳香族聚酰胺纤维提供依据。
1试验1.1试验材料试样材料规格见表1。
1.2性能测试1.2.1强伸性用XD－1型振动细度仪测试纤维细度，XQ－1型强伸度仪和Hounsfield H10ks电子万能试验机分别测试芳砜纶和芳纶1414、芳纶1313断裂强力和断裂伸长，从而计算出断裂强度和断裂伸长率。
测得50组数据，得出平均值。
1.2.2耐热性将试样放置于高温烘箱内，在200℃、230℃和250℃分别处理200h后，测试其断裂强度。
1.2.3阻燃性将试样在室温条件下，进行燃烧试验，观察燃烧现象并记录。
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
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。
袋式除尘器常用的滤料种类
优点：耐高温、耐腐蚀、表面光滑、不易结露、不缩水。捕抓粉尘能力好，除尘效率高，价格适中，适宜在反吹风清灰方式的袋式除尘设备中使用
缺点：
主要技术指标
袋式除尘形式
反吹风、玻璃纤维膨体纱滤布袋式除尘
过滤面积
滤袋袋数
处理烟气量
25000 Nm³/h
除尘效率
99.85%
除尘器进口烟气温度
150℃
袋式除尘器常用的滤料种
优点：耐磨性、耐碱性、耐温性能好，可在200℃以下长期使用
缺点：耐磨性一般，价格偏高
聚四氟乙烯纤维
优点：耐磨性、耐酸碱性、耐腐蚀性、耐温性能好，可在200℃以下长期使用,机械强度高，可在较高的过滤风速（2.4m/min）下工作，除尘效率高
缺点：价格昂贵
过滤风速
进口烟气含尘量
20g/Nm³
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） ）
芳香族聚酰胺复合材料
芳香族聚酰胺复合材料
芳香族聚酰胺复合材料是以强度高、刚度大的芳香族聚酰胺为基体，添加玻璃纤维、
碳纤维等增强材料制成的一种复合材料。
其力学性能、热稳定性、化学稳定性、耐腐蚀性、电性能等优异特性使得它在航空、航天、国防、汽车、电子、建筑等领域得到广泛应用。
1. 基本特性
芳香族聚酰胺复合材料具有极高的强度和刚度，同时还具有很好的耐热性和耐腐蚀性能。
在高温环境下仍能保持较高的力学性能，不易变形和拉伸断裂。
此外，它也具有低膨
胀系数、良好的电绝缘性能和优异的耐化学性能。
2. 制备工艺
芳香族聚酰胺复合材料的制备通常采用热固化工艺，即将芳香族聚酰胺树脂与玻璃纤维、碳纤维等增强材料混合后，在高温高压条件下进行热固化反应。
随着制备工艺的不断
改进和技术的提升，现在已经能够实现机械成型、预浸料、自动化加工等高效的生产方
式。
3. 应用领域
芳香族聚酰胺复合材料在航空航天领域是最为广泛的应用领域之一，如制造飞机部件、航天器结构件、卫星导向部件等。
此外，在汽车工业中也被广泛应用，如车身、车顶等部件，其耐热、刚性和强度等特性能够满足汽车行驶时的各种要求。
在建筑、电子、医疗等
领域中，芳香族聚酰胺复合材料也具有广泛的应用前景。
4. 发展趋势
芳香族聚酰胺复合材料在未来的发展中，将更加注重生产环保性，提高产品力学性能、耐热性能和化学稳定性能。
同时，还将进一步提高加工效率，开发出更多的应用领域，推
动其产业化进程。
凯夫拉纤维
一、凯夫拉纤维的发展
• 聚对苯二甲酰对苯二胺商业名称： 美国Kevlar、日本帝人Technora、荷兰阿 克苏Twaron、中国芳纶1414
聚间苯二甲酰间苯二胺 美国Nomex、日本帝人Conex、荷兰阿克 苏Twaron 中国芳纶1313
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二、Kevlar纤维的制造
• 工艺过程： 各向异性的PPTA溶液通过喷丝孔抽伸时， 靠近细孔壁时产生剪切，当成形丝凝结时， 将保持高取向分子结构，形成较高的洁净 度和较高的取向结构。
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二、Kevlar纤维的制造
• 凝固浴的温度为0 ℃ -5℃ • 中间空气层间隙可使高温纺丝喷丝头和低
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三、Kevlar纤维及其产品
5. 芳纶的浆粕化： 近十多年来开发的对位芳纶差别化产品，是 高分散性的原纤化芳纶产品 制造：长丝切断，在水中分散进行机械叩解 和研磨，纤维被撕裂而原纤化 用途：石棉的替代品
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四、凯夫拉纤维的性能
• 纤维的大分子刚性极佳，链缠结少,取向度、 结晶度高，分子链几乎处于完全伸直状态，这 种结构使纤维表现出良好的强度、模量及热稳 定性 。
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三、Kevlar纤维及其产品
3. Kevlar短纤维：
类型：卷曲和无卷曲，长度6.35-63.5mm 用途：增强材料、替代石棉作离合器衬片、缝纫线
4. Kevlar织物：长丝可织成机织物
织物密度：轻薄、中厚 织物组织：平纹、缎纹、方平 用途：复合材料、装甲车、防弹服等
于强度/密度。是钢丝空气中的7倍，海水中的26倍
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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第二章 芳香族聚酰胺纤维全芳香族聚酰胺英文名为Aramid ，是美国联邦通商委员会于1974年定名的，泛指至少含有85％的酰胺键和两个芳环相连的长链合成聚酰胺，由此类聚合物制得的纤维称为芳香族聚酰胺纤维(Aramid fiber)，这就是全芳香族聚酰胺区别于通常的脂肪族聚酰胺（如尼龙）之处。
在我国此类纤维被称作芳纶。
芳香族聚酰胺纤维具有优异的耐热性、耐化学性。
一些芳香族聚酰胺纤维还具有出色的机械性能。
与脂肪族聚酰胺纤维类似，芳纶可分为两大类：一类是由对氨基酰氯缩聚而成，通式为：如聚对苯甲酰胺纤维（PBA ）。
一类是由芳香族二胺和芳香族二酰氯缩聚而成，通式为：其中Ar 1和Ar 2可相同或不同，可以是苯环，萘环甚至杂环，其中最重要的是间苯二甲酰间苯二胺（PMIA ）纤维和对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)纤维，上述两种纤维在我国分别被称为芳纶1313和芳纶1414。
第一节 发展历史十九世纪60年代，杜邦公司的纺织纤维前沿实验室致力于低温溶液聚合过程的研究，这种聚合方法特别适用于以胺类或胺＋盐类无水溶剂为反应介质的芳香族聚酰胺的制备。
最初的芳香族聚酰胺以高熔点、低结晶度和耐溶剂性为主要特征，以间位聚合物为主，1962年实现了Normex ®的工业化，此纤维的纺织性能与棉纤维相似，但因其优异的耐热、耐燃性而广泛应用于消防服、高温过滤材料和电绝缘纸等领域。
此后，制备同时具有优异耐燃性和力学性能的纤维，成为科学家们努力的目标。
其中，各向异性芳香族聚酰胺的发现成为关键。
1965年，美国杜邦公司的科学家S.L.Kwolek 在研究聚对苯甲酰胺时发现当聚合物溶液浓度在10～15％时流动性变好，搅拌时有乳光，完全不同于粘稠的各向同性溶液，用干喷湿纺法纺丝，无需拉伸就可得到高取向度的纤维，经过热处理成为高强高模的耐高温纤维。
这种液晶纺丝法得到了广泛地应用，其中，最为人们所熟悉的是由Herbert Blades 发现的聚对苯甲酰胺(PBA)和聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)。
此后杜邦公司开始了液晶纺丝法制芳香族聚酰胺的工业化进程，最初的PBA 和PPTA 统称为B 纤维。
1971年建成年产250吨中试厂。
从此以Kevlar ®为商品名的PPTA 纤维蓬勃发展。
荷兰阿克苏公司的Twaron ®纤维也属此类，主要品种及其分子式见表2.1。
表2.1 芳香族聚酰胺的主要品种名称 分子式聚对苯二甲酰对苯二胺 (PPTA) C C NH NH O On聚间苯二甲酰间苯二胺C C NH NHOOnNH 2Ar 1[]n COClNH CO Ar 1HCl 2HCl []NH Ar 1 NH CO Ar 2 CO n NH 2Ar 1NH 2ClCO Ar 2COCl名称 分子式(PMIA)聚对苯二甲酰对苯二胺3,4’-二氨基二苯醚(PPD/POP-T) NH NHOC COmNH O NHOC COn聚对苯甲酰胺（PBA ） ]nNH CO [聚对苯二甲酰-4，4’-二苯砜胺纤维C C NH NH OOnSO 2液晶纺丝法工艺流程长，须对聚合物再溶解，而且以发烟硫酸为溶剂，设备要求高。
所以各国的研究人员开始探索如何由聚合反应溶液直接纺丝法制备PPTA 纤维，即改善聚合体在聚合反应溶剂中的溶解性能，通常是引入第三单体降低PPTA 分子链的线性，所得纤维经过高倍热拉伸而得到高强高模的高性能纤维，其代表纤维是日本帝人公司的Technora ®。
1990年德国Hoechst 公司采用由聚合物溶液直接纺丝生产出的新型对位芳纶纤维，在力学性能方面可与PPTA 纤维相媲美，而且密度比PPTA 小，特别是耐酸碱性能远优于PPTA 。
第二节 对位芳香族聚酰胺纤维一、PPTA 纤维及其结构与性能 1. PPTA 纤维的结构图2.1为PPTA 纤维的结构示意图，可以看出，由于分子链内相邻共轭基团间的相互作用，使酰胺基和对苯二甲基能在一个平面内稳定地共存，由氢键联结的聚酰胺分子平行堆砌成片状微晶，相邻的氢键平面由范德华力结合在一起，这样氢键平面好似最紧密堆砌的金属晶格一样起着滑移面的作用，使之易于剪切和拉伸流动取向而形成液晶。
图2.1聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的结构对PPTA 纤维结构模型的提出，具有代表性的主要有褶片层结构和皮芯层结构模型，它们都认为纤维有表皮层存在，通过原子力显微镜（AFM ）和反相气相色谱（IGC ）的观察，发现了PPTA 晶体的斑点较少且分布比较均匀，基本在矩形网络上，而采用表面力显微镜（IFM ）通过测量PPTA 纤维的纳米级力学性能，分别测得皮层和芯层的模量为13.4Gpa 和60.2Gpa ，也有效地证明了PPTA 纤维皮芯层结构的存在。
PPTA 分子的结晶单元结构如图2.2所示，其结晶单元尺寸为a=7.87Å，b=5.19Å，c=12.9 Å，c 轴的尺寸表明PPTA 分子链在结晶区域内是完全伸直的。
其链段和c 轴之间的取向角为6º，和对苯酰基段之间为14º，酰胺基和相邻聚合物链的羰基之间的距离约为3 Å，NH-O 之间的夹角为160º，这种结构使得相邻分子链之间产生很强的氢键。
酰胺键平面和对苯二胺段的亚苯基平面的夹角为38º，键的自由旋转受阻，分子链表现出刚性棒状特征。
图2.2 聚对苯二甲酰对苯二胺的晶格结构2. PPTA 纤维的性能 （1) 力学性能图2.3是杜邦公司的Kevlar ®PPTA 纤维和其他产业用纺织纤维的应力应变曲线比较，从图2.3中可见PPTA 纤维的断裂强度是24.86 cN/dtex ，是钢丝的5倍，尼龙、聚酯纤维和玻璃纤维的2倍；同时它的模量也很高，达到537cN/dtex ，是钢丝的2倍，高强聚酯的4倍，高强尼龙的9倍。
高模型的PPTA 纤维的模量高达1100cN/dtex ，断裂伸长非常低。
51015200481216202428强度 g /d (c N /t e x )伸长 %(175)(140)(105)(70)(35)(210)Kevlar AramidFiberglassSteel WireDacron Type68 polyesterDU PONTType 728 Nylon图2.3 Kevlar ®纤维和其他产业用纤维的应力-应变曲线作为产业用纺织纤维，对比强度有较高的要求。
比强度为抗拉强度与密度之比，比模量则是指抗拉模量与密度之比。
图2.4是芳纶和其他产业用纤维比模量和比强度的比较，可见Kevlar29和49的比模量介于玻璃纤维和高模量硼纤维和石墨纤维之间，比强度高于其他产业用纤维。
比强度/106m比模量/ 106m图 2.4 不同增强纤维的比模量和比强度比较为了适应不同用途的需要，美国杜邦公司和荷兰阿克苏公司分别开发了不同的PPTA 品种，已工业化生产的PPTA 纤维的主要种类及力学性能如表2.2所示。
表2.2 聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的性能 PPTA 纤维种类纤度 /dtex密度/g•cm -3抗拉强度 抗拉模量 伸长率/% 吸湿率/% cN•dtex -1 GPa cN•dtex -1GPaKevlar 1.66，2.5 1.44 20.5 2.9 496 70 3.6 5-7 Kevlar 29 1.66，2.5 1.44 20.5 2.9 49670 3.6 5-7 Kevlar 49 1.66 1.45 19.7 2.8 696 99 2.4 3-4 Kevlar119 1.66，2.5 1.4421.9 3.1 380 54 4.4 5-7 Kevlar129 1.66 1.4424.1 3.4 700 99 3.3 4-6 Kevlar149 1.66 1.4723.4 3.3 1000 145 1.5 1.5 KevlarKM 2 1.66 1.4423.4 3.3 300 42 3.3 5-7 Twaron SM1000 1680/1000f 1.4419.1 2.7 467 66 3.4 7.0 Twaron HM1055/6 405/250f 8050/5000f 1.45 19.7 2.8 880 125 3.5 7 Twaron HM2200 1680/1000f 1.4519.7 2.8 704 100 2.7 5.5 Twaron Hs2000 3360/2000 1.4426.9 3.8 638 90 3.5 5.5 Twaron SM1041 1680/1000 1.4419.12.7425603.57（2）热性能PPTA 纤维的玻璃化温度为345℃，分解温度为560℃，极限氧指数为28～30%。
PPTA 纤维的强度和初始模量随温度的升高而降低，但它在300℃下的强度和模量比其他的常规纤维，如聚酯、尼龙等，在常温下的性能还好。
在干热空气下，180℃，48小时的强度保持率为84%，400℃下为50%，零强温度为455℃。
同时，它的耐低温性能也好，在-196℃下，Kevlar49纤维不发脆，不分解。
温度对纤维强度和模量的影响如图2.5、图2.6所示。
100200300400500600024681012141618202224DU PONTType 728 NylonDacron Type 68 polyesterSteel WireKevlar Aramid强度/c N /d t e x温度/ ℃图2.5空气中温度对Kevlar ®及其他纤维强度的影响501001502002503000100200300400500Kevlar AramidSteel WireDacron Type 68 polyesterDU PONT Type 728 Nylon模量/c N /d t e x温度/ ℃图2.6空气中温度对Kevlar ®及其他纤维模量的影响（3）压缩和剪切性能芳纶纤维为轴向伸展的聚合物，分子链的构象给予纤维高的纵向弹性模量，芳香族环及电子的共轭体系赋予纤维高的力学刚性和化学稳定性；横向以氢键相结合，氢键使酰胺基具有稳定性，但它比纤维轴向的共价键要弱得多，因此，芳纶纤维纵向强度较高，而横向强度较低。
Kevlar ®纤维的拉伸、压缩和剪切性能如表2.3所示，可见抗拉强度约为抗压强度的5倍，抗拉强度约为抗剪强度的17倍，抗拉模量和切变模量之比约为70:1。
表2.3 Kevlar49纤维的抗拉、压缩和抗剪性能拉伸/剪切拉伸压缩剪切拉伸/压缩比强度/GPa 3.4 0.7 0.18 5 172.5 0.5 10 5 0.25断裂伸长/％模量/GPa 130 130 1.8 1 70 （4）耐疲劳性能PPTA纤维因为压缩性能较差，所以耐疲劳问题较突出。