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
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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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.
芳香族聚酰胺纤维分散染料染色工艺PPT
(2) 经过对各项染色条件的探索，得出芳纶分散染料染色的适宜工艺为：
染料用量为10%owf，膨化剂浓度为20g/L，载体用量为20%owf， 浴比为1:50，染色pH为4，染色温度为130℃，染色时间为60min。 (3) 研究表明，芳纶分散染料染色时的吸附等温线符合能斯特型吸附。 (4) 分散染料染色，提升性和显色性较好。 (5) 芳纶织物的皂洗牢度达到4级，干摩擦牢度和湿摩擦牢度分别达到4 级和3级。
70 60 50 40 30 20 10 0 0 50 100 时间（min） 150 200
上染百分率（%）
4.吸附等温线
180 160 140
纤维上的染料量(mg)
y = 79.618x R 2 = 0.9926
120 100 80 60 40 20 0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0
二、主要研究内容
（1）研究不同载体浓度、膨化剂用量、pH值、染色保温
时间、染色保温温度对芳香族聚酰胺纤维的染色效果，确
定最佳染色工艺； （2）做吸附等温线、上染速率曲线和对染料的提升性与显
色性测试；
（3）进行摩擦牢度和水洗牢度等性能的测试。
三、结果与讨论
1.标准工作曲线
1.4 1.2
芳香族聚酰胺纤维分散染料 染色工艺
班级： 学生： 学号： 指导教师：
LOGO
一、研究芳香族聚酰胺纤维分散染料染色的 意义
芳香族聚酰胺纤维具有优异的化学稳定性、热稳定性及高强、 高模等特性，因此作为性能超群的特种纤维，在各领域得到了广 泛的应用。许多用途都要求纤维具有坚牢的色泽，而芳纶纤维玻 璃化转变温度(Tg)高达275℃，染色困难，日晒牢度差，所以 对芳纶的染色问题已越来越为业内人士所关注。因此，研究芳纶 染色技术及染品的色牢度具有重要意义。
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。
对位芳纶纤维
概述对位芳纶纤维生产工艺开发与应用一、前言对位芳纶简称对位芳香族聚酰胺纤维，其中的聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）纤维，由于PPTA表现出溶致液晶性，是一种重要的主链型高分子液晶。
高分子液晶的工业化是以对位芳纶的另一个差别化产品是浆粕纤维（PPTA-pulp）。
它具有长度短（小于等于4mm）、毛羽丰富、长径比高、比表面积大（可达7-9m2/g）等优点，可以更好地分散于基体中制成性能优良的各向同性复合材料，其良好的耐热性、耐腐蚀性和好的机械性能，在摩擦密封复合材料(代替石棉)中得到了更好的应用。
某些国家浆粕的应用高达芳纶用量的96％。
二、对位芳纶的发展历史美国杜邦公司1972年投产的PPTA纤维(商品名Kevlar)系列为先导的。
该纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐酸碱、耐大多数有机溶剂腐蚀的特性，且Kevlar纤维尺寸稳定性也非常好。
因此，对位芳纶的特点使得它在航天工业、轮船、帘子线、通信电缆及增强复合材料等方面得到了广泛的应用。
我国的清华大学、东华大学、晨光化工研究院、上海合成纤维研究所及巴陵石化有限责任公司等单位先后开展过PPTA的合成及纺丝研究工作。
"七五"期间，国家在南通投资兴建了30吨/年的PPTA合成中试装置，但由于存在一些技术上的问题，已于1991年停运。
最近几年来，广东新会已开始试产PPTA纤维，设计能力为500 吨/年，仍采用国外相近的传统生产方法，但其产品的性能及价格明显不如美国杜邦的Kevlar纤维，最近几年来仍处于中试阶段但对位芳纶由于一些关键的技术问题没有解决，仍没有实现国产化。
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。
从对位芳纶的历史价格趋势观察获悉：自对位芳纶问世以来，其价格呈现戏剧性的变化。
最初，Kevlar芳纶价格高达100﹩/kg，随着产量增加其价格逐渐下降，1978年降到25-45﹩/kg。
90年代初，荷兰AKZO公司推出对位芳纶Twaron，竞争加剧导致对位芳纶价格下降，最低时降到约15﹩/kg，被认为是无法投资盈利的水平。
芳纶纤维的组成
芳纶纤维的组成嘿，大家好呀！今天咱们就来好好聊聊芳纶纤维的组成。
这芳纶纤维可是一种超级厉害的材料呢，在很多领域都有广泛的应用。
那它到底是由啥组成的呀？下面咱就一起来扒一扒。
一、芳纶纤维的基本化学结构芳纶纤维从化学结构上来说，主要是由芳香族聚酰胺构成的。
这芳香族聚酰胺可不简单哦，它的分子链中含有大量的苯环结构。
这些苯环就像是一个个坚固的小堡垒，让芳纶纤维具有了很高的强度和刚性。
想象一下，这些苯环一个接一个地排列着，形成了一个非常稳定的结构，就像一堵坚不可摧的城墙一样，能够承受很大的外力。
而且啊，这种化学结构还使得芳纶纤维具有很好的耐高温性能，就算是在高温环境下，它也能保持相对稳定的性能，不会轻易变形或者损坏。
二、不同类型芳纶纤维的组成特点芳纶纤维还分为不同的类型呢，常见的有间位芳纶和对位芳纶。
先说这间位芳纶吧。
它的分子链结构相对比较规整，酰胺键连接在苯环的间位上。
这种结构使得间位芳纶具有很好的耐热性和阻燃性。
比如说在一些防火服、消防装备上就经常能看到间位芳纶的身影。
当遇到高温或者火焰的时候，它能够有效地阻止热量的传递，保护穿着者的安全。
就像是给消防员们穿上了一层“防火铠甲”，让他们在危险的环境中也能更加安心地工作。
再看看对位芳纶。
它的酰胺键连接在苯环的对位上，分子链排列得更加紧密有序。
这就使得对位芳纶的强度特别高，简直就是材料界的“大力士”。
它的强度比普通的纤维要高很多很多，常常被用于制造一些对强度要求很高的产品，比如航空航天领域的一些零部件、防弹衣等。
想象一下，那些在战场上冲锋陷阵的战士们，穿着用对位芳纶制作的防弹衣，就像是有了一层坚固的保护罩，大大提高了他们的生存几率。
三、其他成分对芳纶纤维性能的影响除了主要的芳香族聚酰胺成分外，芳纶纤维中还可能会添加一些其他的成分，这些成分也会对它的性能产生影响哦。
比如说，有时候会添加一些抗氧化剂。
这是为啥呢？因为芳纶纤维在使用过程中可能会受到氧气、紫外线等的作用，时间长了就容易老化。
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ห้องสมุดไป่ตู้液态高聚物分子的构型示意图
(a)为典型普通大分子，为无规则线团; (b)为刚性大分子，在没有良好侧向作用和导向情 况下的状态; (c)为无规的棒状液晶; (d)为向列型液晶
结构与性能的关系
芳纶纤维具有的优异力学、化学、热学、电学等 性能是与其化学和物理结构密切关联的，而这些 结构的形成又与聚合物合成和成纤的工艺过程有
1956年开始间位芳纶（MPIA纤维)的研究，
并于1967年实现工业化生产 1968年由美国杜邦公司研制成功，当时登记 的商品名为ARAMID，1973年定名为Kevlar， Kevlar纤维在我国称为芳纶。
杜 邦 公 司 开 发 的 第 一 代 产 品 有 Kevlar29 ，
Kevlar49，后来又开发出Kevlar149纤维。
PPTA分子的合成及化学结构式
O O
Cl C
C Cl + 2HN
NH2
O
O H
H N
C
C N
n
O O
HO
C
C OH + 2HN
N H2
分子量高、分子量分布又窄的PPTA聚合物 是由等摩尔比的高纯度对苯二甲酰氯（TDC） 或对苯二甲酸和对苯二胺（PPD）单体在强 极性溶剂（如含有LiCl或CaC12 增溶剂的N甲基吡咯烷酮）中，由低温溶液缩聚或直接 缩聚而得。然后溶于浓硫酸中配成临界浓度 以上的向列型溶致液晶纺丝液，干湿法纺丝， 经洗涤、干燥或热处理，可以制得各种规格、 不同性能、呈金黄色的纤维或着色纤维。
耐其它化学药品性 耐溶剂性 耐磨性 耐虫性、霉菌性
聚对苯甲酰胺（PBA） 纤维(Kevlar 29)
PBA分子的化学结构式为：
CO NH
n
我国于80年代初期开始试生产， 定名为芳纶14（芳纶Ⅰ）
聚合物的合成和纺丝
①以对氨基甲苯甲酰氯盐酸盐或亚硫酸酰胺苯 甲酰氯在有机极性溶剂中经低温缩聚而成；
②由对氨基苯甲酸为原料，以N-磷酸盐为催化 剂，在极性有机溶剂中直接缩聚而成。
芳香族聚酰胺纤维
(Aromatic Polyamide Fiber)
芳香族聚酰胺纤维
凡聚合物大分子的主链上至少含有85％的直 接与两个芳环相连接的酰胺基团的聚酰胺，
每个重复单元的酰胺基中的氮原子和羰基直
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树脂， 由它经溶液纺丝所得到的纤维总称为芳香族 聚酰胺纤维（简称芳酰胺纤维）。
关。决定聚合物纤维性能的因素很多，既与化学
组成、键接方式、分子量等有关，与链的聚集状
态（例如晶区中分子链的构象、结晶度等）有关，
也与更高层次的纤维形态结构有关。
Kevlar纤维的内部是垂直于纤维轴的层状结
构所组成，层状结构则由近似棒状的晶粒所组 成，晶粒长度取决于分子量，Kevlar49的平均 分子量约为40000，存在一些贯穿数层的长晶粒， 它们加强了纤维的轴向强度，层中的晶粒互相
盐酸
氢氟酸 硝酸 硫酸 硫酸 氢氧化铵 氢氧化铵
37
10 10 10 10 28 28
21
21 21 21 21 21 21
1000
100 100 100 1000 1000 100
88
10 79 9 59 74 9
81
6 77 12 31 53 7
丙酮
乙醇 三氯乙烯 甲乙酮
100
100 100 100
酰胺基团中可供电子的羰基（－CO－）结合成氢键，
PPTA的晶体结构为单斜晶系，在每个单胞中含有两 个大分子链。C轴平行于分子链方向，链间由氢键交 联形成bc片晶，层间是严格对齐的，并且结构中bc片 层堆集占优势，只有很少量的非晶区。纤维中分子在 纵向具有近乎平行于纤维轴的取向，而在横向是平行 于氢键片层的辐射状取向。在液晶纺丝时常见少量正 常分子杂乱取向，称为轴向条纹或氢键片层的打摺， 即PPTA的辐射状打摺结构
4
1.44
2.5
1.44 -2/59 1420 10 1.57/0. 49
2
1.44
4.2
1.39
2.3
1.45
回潮率
分解温度,K 空气中长期使用温度,K
5 773 433
3.5-4 773 433
由上表可知，Kevlar纤维具有强度高、弹
性模量高、韧性好的特点。它的密度小，
是所有增强材料中密度较低的纤维之一。 因而，它的比强度极高，超过玻璃纤维、
所得聚合物溶液可直接纺丝，亦可制成粉状 再溶于溶剂，配成向列型液晶纺丝液再纺丝。 最好采用干喷湿纺法，可以提高纤维性能， 最后经热处理可得高强度高模量纤维。
PBA结构的特点
氨基和羰基是对位取向联接的链构象，同 时它们又处于中轴位置，因此高分子链是完 全伸直的，并且氨基倾向于形成反向构象， 有助于保持大分子轴的线型。这些特点都有 利于制成高强度高模量的耐热纤维。
紧密排列。
这种结构使它具有轴向强度及刚度高而横向强 度低的特点。
从化学结构看，PPTA的分子链是由苯环 和酰胺基按一定规律有序排列组成的，酰 胺基的位置接在苯环的对位上，酰胺键与 苯环基团形成大共轭结构内旋位能极高，
使苯环难以内旋转，所以大分子链具有线
型刚性伸直链（棒状）构形，从而使纤维
具有高强度和高模量，
链的刚性程度通常用相关长度 q来表示， PPTA的q值为20nm，而PBA的q值为400nm， 所以PBA的模量比PPTA高。
虽然芳纶29的拉伸强度比芳纶49 低约20％，但拉伸 模量却高出50％以上，接近于Kev1ar-l49。芳纶29的 起始分解温度474℃，比Kev1ar-49的520℃低，但分 解终点相近。芳纶29在高温下的强度保持率优于 Kevlar-49，热老化性能也好。 芳纶29和芳纶49维的力学性能
引入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
杂原子的环聚酰胺纤维等。
虽然可合成的高性能芳酰胺有20 多种， 但目前可供应用的品种主要是聚对苯 二甲酰对苯二胺（PPTA）、聚间苯二 甲酰间苯二胺（MPIA）、聚对苯甲酰 胺（PBA）和共聚芳酰胺纤维等。
直径为6mm的 Kevlar纤维可吊 起2吨重量
聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA〕纤维 (polyphenlene terephthalamide)
PPTA纤维是芳纶在复合材料中应用最为 普遍的一个品种，美国杜邦公司于1972 年推出KevIar系列纤维后，荷兰AKZO 公 司 的 Twaron 纤 维 系 列 、 俄 罗 斯 的 Terlon等纤维相继投入市场，中国于80 年代中期试生产此纤维，定名为芳纶 1414 。
1986年AKZO公司的Twaron开始工业化生产
我国1972年开始芳纶的研究工作，1981年及 1985年分别研制出芳纶14 和芳纶1414。
芳香族聚酰胺纤维的种类
芳酰胺纤维有两大类：全芳族聚酰胺纤维和
杂环芳族聚酰胺纤维。全芳族聚酰胺纤维按
美国联邦贸易委员会所定的用词为Aramid。 它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、聚间苯二甲酰间苯二胺 和聚对苯甲酰胺纤维、共聚芳酰胺纤维以及
碳纤维和硼纤维；比模量也超过玻璃、钢、
铝等与碳纤维相近。由于韧性好，不象碳 纤维、硼纤维那么脆，因而便于纺织。常 用于和碳纤维混杂，提高纤维复合材料的 耐冲击性。
Kevlar纤维在各种化学药品中的稳定性
化学试剂 醋酸 盐酸 浓度 /% 99.7 37 温度 /℃ 21 21 试验时间 /h 24 100 强度损失 Kevlar29 72 /% Kevlar49 0 63
延伸度，% 弹性模量，N/tex(gf/den) 回潮率，%
这种纤维具有良好的耐热性(见图23-3)。如在260℃下持续使用 1000小时，其剩余强度仍能保持原强度的65～70%，在火焰中 不延燃，具有较好的耐燃性。在热蒸气中经400小时，其强度 保持率达50%；沸水中收缩率为1.5～2%。该纤维能耐大多数酸 的作用；对碱的稳定性亦很好，但对强碱(氢氧化钠)不能长期 接触。该纤维耐漂白剂、还原剂、有机溶剂性较好，还具有良 好的抗辐射性能，与橡胶粘着性差。
回潮率，%(20℃，65%相对 湿度下)
6.5
耐热性
不熔，285℃时强度为室温 下的50%，370℃分解
芳纶1313纤维的性能（2）
耐光性 在日光下曝晒60星期后，强 度降低50%
耐酸性
耐大部分酸，长期在盐酸、 硝酸和硫酸中强度有些降低
耐碱性
耐碱性良好，但长期于浓氢 氧化钠中强度有些降低 在次氯酸钠中强度略有损失 不溶于一般溶剂 良好 优
Nomex与Conex纤维的性能比较
指 标 Nomex (干法纺) 1.38 0.48 (5.5) 17 13.2 (150) 4.2～4.9 Conex (湿法纺) 1.38 0.44～0.48 (5.0～5.5) 35～50 5.3～7.9 (60～90) 5～5.5
密度，g/cm3 强度，N/tex(gf/den)
性能 拉伸强度，Gpa
Kevlar29 Kevlar 49
3.45 58.6 3.62 124.9
Kevlar 149
3.4 186
HM-50
3.1 75
Twaron
3.2 125
拉伸弹性模量，GPa
伸长(%)
密度，g/cm3 热膨胀系数10-6K-1 轴向/横向 比热J(kg.K) 体积电阻μΩ.m 热传导系数,轴向/横向 (298K)W/(m.K)
加上分子内骨架原子是通过共价键结合而成，分子间 的酰胺基是极性基团，基团上的氢可和另一个链段上 构成梯形聚合物。 这种聚合物具有良好的规整性，从而具有高度的结晶 性和耐热性。在纺丝过程中，PPTA溶液浓度达临界 浓度后形成向列型液晶态，在外力作用下，很容易沿 作用力方向呈一维取向有序排列。采取干喷湿纺法液 晶纺丝很容易保留这种高度取向结构，形成高强高模 纤维。