F-12 高强有机纤维(芳纶纤维)技术产业化进展

F－12高强有机纤维（芳纶纤维）技术产业化进展

牛敏

（内蒙古航天新材料科技有限公司，内蒙古，010010）

摘要

本文介绍了F-12高强有机纤维（杂环芳纶）研制与产业化情况，给出了纤维及其织物与蒙皮材料的性能数据以及未来可能应用的领域。

一、研制背景

我国在芳纶纤维的研究大约始于上世纪七十年代末八十年代初，主要品种为芳纶Ⅱ纤维，纤维强度约为 3.0GPa，仅为实验室规模，没有中试生产。我国没有高性能有机纤维，一些领域要求纤维强度大于4.0GPa甚至更高的纤维不得不从国外进口，但由于此种纤维国外限制出口，因此来源一直是困扰我国的大问题。在这种情况下，1994年中国航天科工集团六院46所开始独立自主进行F-12高强有机纤维的研制。

二、研制历程

F-12纤维是在芳纶Ⅱ聚合物结构中引入杂环第三单体所得纤维，属于对位杂环芳纶纤维，与芳纶Ⅱ相比具有更高强度、模量等优异性能。

1994年46所科研人员开展了大规模的调研，认识到要想研制

F-12高强有机纤维必须首先解决国内没有的原材料——第三单体，于是从1995年开始以两种途径同时开展第三单体合成研究，攻克单体合成关键技术，研制成功第三单体。1997年用该单体开始进行纤维用聚合物的研制，1998年完成聚合物的研制。1999年自行设计制造了实验室纤维研制线，经过几年研究，攻克纺丝及纤维后处理关键技术，2004年，纤维强度达到4.3-4.5GPa。2007年建立了年产3吨的F-12纤维中试生产线。2008年解决了单体合成、聚合、纺丝及纤维后处理从实验室小试到中试过程中的技术问题，纤维性能优于小试水平。至此，46所拥有F-12高强有机纤维从单体合成、聚合、纺丝及纤维后处理等工艺和设备设计、制造自主知识产权。2010年F-12高强有机纤维获科技部颁发的国家重点新产品证书。

三、产业化进展情况

为了进行F-12高强有机纤维产业化建设，46所成立了独资子公司——内蒙古航天新材料科技有限公司，主要进行F-12高强有机纤维产业化及下游产品的应用研究。

F-12纤维产业化项目拟分两期进行：一期建设规模为年产50吨F-12高性能芳纶纤维生产线，总投资概算3.27亿元。二期建设拟将生产规模扩大到年产150吨~200吨F-12纤维生产线的水平，进一步降低产品成本扩大市场占有量。

F-12纤维生产线一期建设从2010年开始，同年6月完成原材料、聚合、纺丝及后处理、纯水、制氮、动力、溶剂回收及纤维下游产品制造工房的设计及所需设备调研；2011年底完成工房的建设，2012

年6月完成设备安装，8月完成设备单机调试和联合试车，开始进行试生产，解决了5000升聚合釜聚合过程中高粘度聚合物分子量控制、高粘度聚合物散热、输送、脱泡，纺丝凝固浴温度、浓度稳定性控制，纤维后处理牵伸比、温度稳定性控制等问题，试生产成功。2013年初开始正式生产多种规格纤维，该生产线通过内蒙古自治区科技厅组织的成果鉴定。

四、F-12纤维及其织物的性能指标

1、F-12纤维性能指标

截止目前已能生产线密度为23tex、44tex、63tex、110tex、130tex 和150tex等规格纤维，性能指标见表1。

表1 F-12纤维规格及其技术指标

2、F-12纤维热性能

F-12纤维具有较好的耐热性和阻燃性，其热分解温度高达500℃以上，数据见表2。

表2F-12纤维热性能

3、F-12纤维紫外老化性能

F-12纤维具有较好的抗紫外线性能，F-12纤维与俄罗斯APMOC 纤维、美国杜邦的Kevlar纤维和日本的Vectran纤维相比，在紫外照射360小时后，F-12纤维的强度损失率最小，见表3和图1。

表3 F-12纤维与其它纤维抗紫外老化性能数据对比*

×8，辐照波段长度为290~340nm）

图1 F-12纤维与其它纤维紫外老化性能数据对比图以未经处理的F-12纤维与PBO长丝的强力为100%，考核经不同时间日晒处理的剩余强力与原丝强力的百分比变化。实验表明：经过40小时的日晒后，F-12纤维长丝拉伸断裂强力值能够稳定在原值的80%左右，而PBO长丝则降至原值小于40%。可见，在耐日晒这方面，芳纶纤维明显好于PBO长丝。见表4。

表4 F-12纤维与PBO纤维耐日晒性能对比

4、F-12纤维吸湿率

与Armos纤维和Kevlar纤维相比，F-12纤维的吸湿率为最小，数据见表5。

表5 不同芳纶纤维吸湿率测试结果对比

5、F-12纤维耐高温性能

将F-12纤维放入250℃电烘箱内进行实验，测试不同时间段内纤维强度的变化，数据见表6。可以看出250℃条件下保温时间250小时，F-12纤维强度和断裂伸长率下降约一半，但模量变化不大。同样条件下，23texF-12纤维耐高温性能稍好于130tex纤维和俄罗斯APMOC纤维，见图2。

表6 F-12纤维高温性能变化数据

图2 不同芳纶纤维250℃下强度随时间变化图

6、F-12纤维低温性能

将F-12纤维在液氮（-196℃）中冷冻不同时间，测其强度、断裂伸长率、模量的值，发现经过194小时后，纤维性能变化不大，说明F-12纤维有较好的耐低性能，见表7和图3。

表7 F-12纤维低温性能变化数据

图3 不同芳纶纤维-196℃下强度随时间变化图

7、F-12纤维及复合材料的介电性能

F-12纤维及其复合材料具有良好的介电性能，数据见表8。

表8 F-12纤维及复合材料的介电性能

8、F-12纤维织物性能

在成功研制出多规格F-12纤维的基础上，进行了F-12纤维织物的研究，研制出平纹、五缎纹、破斜纹、无纬、混编等结构的F-12芳纶纤维机织物，可进行幅宽小于1600mm不同规格高性能纤维织物生产，织物性能数据见表9。