芳纶纤维
芳纶纤维
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（3）应力－应变曲线是一条直线，属于脆性断裂。断裂延伸率 2.5%，高于CF低于GF。
（4）密度小。 Kevlar-49的密度1.45g/cm3，低于GF、CF， 导致较高的比强度。 (5)良好的韧性:分子主链上苯环间仍有柔顺的链节，微纤呈周期 性弯曲，分子间氢键连接，使纤维具有一定的韧性。 (6)各向异性。由子轴向是伸直的分子链，以化学键相连；横向 分子链间仅以氢键作横向联结，使纤维具有各向异性特点，其 横向强度及模量远低于纵向强度及模量。
(3)汽车工业
大量用作橡胶轮胎的帘子线、高压软管、排气管、摩擦材料和刹车片、 三角皮带、同步齿轮带等传动带、大型运输车和冷藏车的车厢。最近广泛 用作清洁能源的天然气的高压气瓶。
30
2．防弹制品
(1)硬质防弹装甲板
芳纶复合材料板、
芳纶与金属复合装甲板以及芳纶与陶瓷复合装甲板已
广泛用于防弹装甲车、防弹运炒车、直升飞机防弹板、 战舰装甲防护板。也可用作防弹头盔。
的软质防弹材料，比超高分子量聚乙烯纤维的防弹性
能和耐热性更好。
31
3．缆绳方面的应用
芳纶可用作航空航天的降落伞绳、舰船及码头用缆绳、海上油田用支 撑绳、深海系留绳等。也可用作光纤通讯电缆的加强件和复合材料芯杆。
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4．基础设施和建材方面
1、挡土墙加筋； 2、软土地基加筋，均化应力 3、高填方边坡 防护，提高基底稳定性
Kevlar-49化学结构的三个特征： ①含有大量的苯环，内旋转困难，为处于拉伸状态 的刚性伸直链晶体； ②苯环与酰胺键交替排列，全处于对位，规律性好， 对称性好，结晶性好；
芳纶纤维
严妍
1
芳纶的简介 芳纶的分类 主要的产品及其制备
2
3
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芳纶的应用
研究方向
5
芳纶纤维
芳纶全称为"芳香族聚酰胺纤维",是一种新型高科 技合成纤维，诞生于20世纪60年代末。有很多品种，如 Aramid fiber（帝人芳纶的商品名为 Twaron，杜邦公司 的商品名为Kevlar），芳纶纤维主要分为对位芳酞胺纤 维(芳纶1414 )和间位芳酞胺纤维(芳纶1313 )。 冷战结束后，芳纶作为高技术含量的纤维材料大量 用于民用领域 。
称为非石棉纤维橡胶垫片，或称为无石棉垫片、代石棉垫片。其主要
增强材料为代石棉纤维、无机纤维、碳/石墨纤维等。
2014-6-6
特点
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。
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芳纶制的绳 防弹衣
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轮胎
芳纶的阻燃布
航空航天和军需工业上的应用
芳纶可用于制作大型飞机 的二次结构材料，如机舱门、 窗、机翼、整流罩体表面等， 也可制作机内天花板、舱壁等，
可减轻其质量。芳纶复合材料
可制造导弹的固体火箭发动机 壳、压力容器、宇宙飞船驾驶
舱、潜艇、防弹装甲车、防弹
n
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突出特点：
耐高温性能好，高温下的强度保持率好、抗氧化 性、耐水性良好等，主要用作耐高温材料。
缺点：强度、模量低。 用途：耐高温防护服、消防服和军服等。
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
芳纶纤维结构
芳纶纤维结构
嘿，咱今天就来讲讲芳纶纤维结构这玩意儿。
芳纶纤维啊，你可以把它想象成是一群特别厉害的“小战士”排排站。
这些“小战士”可牛了，它们紧紧地挨在一起，形成了一种特别坚固的结构。
就好像是一群小伙伴手牵手，谁也别想把他们分开。
它的结构就像是一个精巧的谜题。
这些纤维一根一根的，细细长长的，但是它们组合在一起就变得超级强大。
有点像我们小时候玩的积木，单独一块不咋起眼，但是搭在一起就能变成各种各样厉害的形状。
而且啊，芳纶纤维的结构还特别有韧性。
就像是一根有弹性的橡皮筋，可以拉来拉去也不会断掉。
这就使得它在很多地方都能大显身手，比如在一些需要耐磨损、耐拉扯的地方，它就像个英勇的卫士一样坚守岗位。
它的这种结构也让它很轻，感觉就像是一片羽毛一样。
但可别小瞧了这片“羽毛”哦，它能发挥的作用可大了去了。
说起来，芳纶纤维结构的发现和研究也是经历了不少呢。
科学家们就像是一群探险家，一点点地去探索它的奥秘，然后让我们了解到这么神奇的东西。
总之啊，芳纶纤维结构就是这么一个有趣又厉害的存在。
它虽然看不见摸不着，但却在我们的生活中无处不在，默默地发挥着它的作用。
哎呀，说了这么多，感觉芳纶纤维结构还真是个了不起的家伙呢！就像我们生活中的那些默默付出的英雄一样，虽然不显眼，但却至关重要。
好啦，关于芳纶纤维结构就先聊到这儿啦，下次再给你们讲点别的好玩的。
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，
芳纶纤维用途
芳纶纤维用途
嘿，朋友们！今天咱来聊聊芳纶纤维，这玩意儿可真是个宝啊！
你想想看，芳纶纤维就像是超级英雄的秘密武器。
它强度特别高，就好比是钢铁侠的战甲，坚不可摧。
你说厉害不厉害？
在航空航天领域，芳纶纤维那可是大显身手。
飞机、航天器上都有它的身影呢！它能让这些大家伙变得更轻，飞得更高更远，这不就像是给飞机装上了翅膀，带着我们探索更广阔的天空吗？
汽车制造行业也少不了芳纶纤维呀！用它来制造一些关键部件，能让汽车既坚固又轻巧，开起来那叫一个稳。
这就好像给汽车打了一针“强化剂”，让它动力十足。
还有啊，芳纶纤维在防护领域也是一把好手。
什么防弹衣、防割手套，有了它的加持，能更好地保护我们的安全。
你说，这是不是像给我们穿上了一层无形的铠甲？
在体育用品中，芳纶纤维也发挥着重要作用呢。
比如那些高级的球拍、头盔啥的，用了它质量杠杠的。
就像是给运动员配备了最趁手的兵器，帮助他们在赛场上大杀四方。
再看看我们日常生活中，芳纶纤维也无处不在呀！一些高端的电子产品，不也用了它来增强性能吗？这就如同给这些小玩意儿注入了神奇的力量。
芳纶纤维这么牛，咱能不好好利用吗？它就像是一个默默无闻的英雄，在各个领域为我们保驾护航。
咱得好好珍惜它，让它发挥出更大的作用呀！反正我是觉得芳纶纤维太重要啦，你们难道不这么认为吗？。
芳纶纤维的分子式
芳纶纤维的分子式一、芳纶纤维简介芳纶纤维是一种聚合物纤维，它具有极高的强度、耐热性和耐化学腐蚀性。
它是由芳香环和酰亚胺基团组成的。
芳纶纤维的分子式是(C14H10N2O2)n，其中n代表重复单元的数量。
二、芳纶纤维的分子式解析分子式 (C14H10N2O2)n 可以分解为四个组成部分，分别是C14H10、N2、O2和n。
下面将对这四个部分进行解析。
1. C14H10C14H10代表芳纶纤维分子中含有14个碳原子和10个氢原子。
C14H10是一个芳香环，由苯环和取代基组成。
苯环是由6个碳原子和 6 个氢原子构成的环状结构。
芳纶纤维中的苯环通过共价键连接在一起，形成一个长链。
2. N2N2代表芳纶纤维分子中含有2个氮原子。
氮原子是芳纶纤维中的酰亚胺基团的组成部分。
酰亚胺基团是由一个碳原子、两个氮原子和一个氧原子构成的。
3. O2O2代表芳纶纤维分子中含有2个氧原子。
氧原子与碳原子和氮原子形成键连接，稳定纤维结构。
4. nn代表芳纶纤维分子中重复单元的数量。
芳纶纤维通过聚合反应形成高分子链，重复单元不断重复连接形成长链结构。
重复单元的数量n决定了芳纶纤维的长度。
三、芳纶纤维的结构与性质芳纶纤维的分子式确定了其特殊的结构和优秀的性质。
芳纶纤维中的芳香环使其具有较高的强度和刚性，适用于许多高强度应用。
酰亚胺基团的存在使芳纶纤维具有良好的耐热性和耐化学腐蚀性。
芳纶纤维的结构和性质主要有以下几个方面：1. 高强度和刚性芳纶纤维由于芳香环的存在，具有较高的强度和刚性。
其强度比钢高5倍，模量比钢高2倍，是一种理想的高强度纤维材料。
芳纶纤维在应用中被广泛用于制造高强度的复合材料，如航空航天领域的复合材料结构件。
2. 耐热性芳纶纤维在高温下仍能保持良好的性能。
其可以在500℃的温度下长时间使用而不熔化，不发生脆性断裂。
这使得芳纶纤维广泛应用于高温环境中，如航空发动机部件、阻燃服装等领域。
3. 耐化学腐蚀性芳纶纤维对酸、碱和有机溶剂等化学物质具有良好的耐腐蚀性。
芳纶纤维规格
芳纶纤维规格芳纶纤维是一种具有优异性能和广泛应用领域的高性能合成纤维。
本文将从芳纶纤维的定义、特点、制造工艺和应用等方面进行详细介绍。
一、芳纶纤维的定义芳纶纤维是一种由芳香族聚合物制成的合成纤维。
它的主要成分是聚对苯二甲酸乙二醇酯，具有高强度、高模量、耐热、耐腐蚀等特点，常用于制作防弹衣、防护服、高温过滤材料等。
二、芳纶纤维的特点1. 高强度：芳纶纤维的强度比钢铁还要高，是一种非常强硬的纤维材料。
2. 高模量：芳纶纤维的模量也很高，具有较好的抗变形能力。
3. 耐热性：芳纶纤维能够在高温环境下保持良好的性能，其熔点高达400℃以上。
4. 耐腐蚀性：芳纶纤维对酸、碱、有机溶剂等具有较好的耐腐蚀性能。
5. 低热收缩性：芳纶纤维具有较低的热收缩率，能够在高温下保持良好的尺寸稳定性。
三、芳纶纤维的制造工艺芳纶纤维的制造工艺主要包括聚合物合成、纺丝、拉伸、热定型等步骤。
1. 聚合物合成：芳纶纤维的制造首先需要合成聚对苯二甲酸乙二醇酯。
这一步骤一般通过聚酯交换反应来完成。
2. 纺丝：将聚合物熔融后通过纺丝机进行纺丝，形成连续的纤维。
3. 拉伸：纺丝后的芳纶纤维需要经过拉伸处理，以提高其强度和模量。
4. 热定型：拉伸后的芳纶纤维需要通过热定型来固定其形态和性能。
四、芳纶纤维的应用1. 防弹衣：芳纶纤维具有高强度和耐热性，常被用于制作防弹衣，能够提供有效的身体防护。
2. 防护服：芳纶纤维具有耐腐蚀性和阻燃性，常被用于制作化学品防护服、火焰防护服等。
3. 高温过滤材料：芳纶纤维能够在高温环境下保持良好的性能，常被用于制作高温过滤材料。
4. 航空航天领域：芳纶纤维具有轻质高强度的特点，被广泛应用于航空航天领域，如制作飞机零部件、航天器热防护材料等。
5. 汽车工业：芳纶纤维的高强度和耐热性使其成为汽车制造中的重要材料，常用于制作发动机零部件、制动系统等。
6. 体育用品：芳纶纤维的高强度和耐磨性使其成为制作体育用品的理想材料，如网球拍、高尔夫球杆等。
芳纶纤维
20~24nm、宽 6~11nm）。
碳纤维(a)、芳纶纤维(b)和玻 璃纤维(c)的断口比较
(a)
(b)
(c)
（3）芳纶的性能
物理性能 ⊙密度小，为1.44g/cm3 ⊙比强度高（高于碳纤维和硼纤维） ⊙比模量虽然较高，但低于碳纤维和硼纤维； ⊙韧性好、抗冲击性好、加工性好； ⊙压缩强度不高（为拉伸强度的1/5）； ⊙剪切强度不高（为拉伸强度的1/17）； ⊙ Kevlar-149的弹性模量高于Kevlar-49； ⊙ Kevlar-149的高温强度保留率最高。
②纺丝
★纺丝液的配制 ▽浓硫酸（浓度为100%）+聚对苯二甲酰对苯
二胺（PPTA）配成液晶溶液（称为明胶） ▽溶液浓度（配比）：PPTA/浓硫酸=20/100 ▽PPTA在浓硫酸中形成向列型液晶态，聚合
物呈一维取向有序排列。
三种纺丝方法：
a.湿纺(wet spinning)：将明胶经针孔挤出，进入冷 凝液体中快速冷却，最后在惰性气体中热处理。
我国芳纶纤维的主要牌号
◆我国于20世纪70年代跟踪研制，于80年代初期试生产出聚 对苯甲酰胺（PBA）纤维，定名为芳纶Ⅰ（芳纶14） ；
◆又于80年代中期试生产出PPTA纤维，定名为芳纶Ⅱ（芳 纶1414），可批量生产。
2.3.1.2 聚对苯二甲酰对苯二胺 （PPTA）纤维
属于PPTA纤维品种的纤维有： △Kevlar系列——美国杜邦公司 △Twaron纤维系列——荷兰AKZO公司 △Terlon纤维系列——俄罗斯 △芳纶1414（芳纶Ⅱ）——中国
★国外称为芳酰胺纤维,我国定名为芳纶。
凡聚合物大分子的主链由芳香环和酰胺键 构成，且其中至少有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 和羰基直接与芳香环中的碳原子相连接并置换 其中一个氢原子的聚合物，称为芳香族聚酰胺 树脂。
芳纶纤维特点及应用
芳纶纤维特点及应用芳纶纤维，又称为聚酰亚胺纤维（Polyaramid Fiber），是一种高强度、高模量、耐热、耐化学品腐蚀的合成纤维。
它的英文名称为Aramid Fiber，具有对应力、电子和热量有很好的抵抗性能，因此在航空航天、国防军事、汽车、建筑、体育用品等领域有着广泛的应用。
芳纶纤维的主要特点如下：1. 高强度：芳纶纤维的强度为普通纤维的5-6倍，比钢的强度还要高，是目前最强的合成纤维之一。
2. 高模量：芳纶纤维的模量非常高，使其在受力时能够保持形状稳定，不易变形。
3. 耐热性：芳纶纤维能够在高温下保持良好的性能，能够承受高达400的温度，具有很好的耐火性能。
4. 耐化学品腐蚀性：芳纶纤维能够在强酸、强碱等腐蚀性环境下保持稳定，不受化学品的腐蚀。
5. 耐磨性：芳纶纤维具有很高的耐磨性，不易磨损和断裂，能够保持长时间的使用寿命。
6. 低密度：芳纶纤维的密度比钢和其他合成纤维低，使得使用芳纶纤维制成的材料更加轻便。
芳纶纤维在许多领域有着广泛的应用：1. 航空航天：芳纶纤维因其轻量化、高强度、高模量等特点，被广泛应用于制造飞机、导弹、卫星等航空航天设备中，如制作航空飞行器舵面、发动机零部件等。
2. 国防军事：芳纶纤维的高强度和耐热性使其成为制造防弹衣、制止子弹的优质材料。
其轻量化的特性也能增加士兵的机动性和便携性。
3. 汽车：芳纶纤维可以用于制造汽车内饰、座椅材料以及其他零部件。
其具有良好的阻燃性和耐磨性，在车辆碰撞时，能起到一定的防护作用。
4. 建筑：芳纶纤维因其耐高温性能，被广泛应用于建筑行业中，如消防服装、防火遮阳板等，能够起到防火、隔热的作用。
5. 体育用品：芳纶纤维制成的材料可以用于制作体育用品，比如弓弩、箭杆、网球线、高尔夫球杆等。
其高强度和耐磨性可以提供更好的使用体验。
总之，芳纶纤维以其优异的性能在各个领域得到了广泛的应用，随着技术的不断发展和创新，芳纶纤维的应用领域将会越来越广阔。
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.
第10章芳纶纤维
两种干喷混纺装置示意图
第四节 凯芙拉纤维的制品
凯芙拉纤维可以制成各种连续长纤维的粗、细纱，并可以 纺织加工成各种织物。 粗纱和细纱的物理力学性能见表4。 粗纱也用于缠绕制品及挤拉成型工艺。 芳纶纤维制品的型号和规格见表5；凯芙拉-49织物的性质 见表6。 凯芙拉-49织物具有高的拉伸性能和低的断裂延伸率。 表6所列的有机纤维织物与玻璃纤维织物在结构上很类似， 在用途上也有相似的适用性。
表4
凯芙拉-49细钞和粗纱的物理力学性能
性能 数值
160 500 无强度损失 无强度损失 3170 2720 无模量损失 无模量损失 113.6 110.3
在空气中高温下长期使用的温度（℃） 分解温度（℃） 拉伸强度 （MPa） 在室温下16个月 在50 ℃空气中2个月 在100 ℃空气中 在200 ℃空气中 在室温下16个月 拉伸弹性模量 （GPa） 在50 ℃空气中2个月 在100 ℃空气中 在200 ℃空气中
燃烧热（KJ/g）
34.8
表5 常用芳纶织物
注:拉伸试验的试样宽度为1cm。
第五节 芳纶纤维及其复合材料的应用
芳纶纤维主要用作环氧、聚酯和其他树脂的增强材料， 制成各种航空、宇航和其他军事用途的构件。 在航空方面：各种整流罩、机翼前缘、襟翼、方向舵、 安定面翼尖、尾锥、应急出口系统构件等。 在航天方面：火箭发动机壳体和压力容器、宇宙飞船的 驾驶舱、氧气、氮气和氦气的容器以及通风管道等。 其他军事方面：防护材料，如坦克、装甲车、飞机、艇 的防弹板以及头盗和防弹衣等。 芳绝增强复合材科可大幅度减轻制品的质量，故在民用 工业方面应用也十分广泛，造船工业，体育用品。
(2)聚N ，N，-间苯双-(间苯甲酰胺)对苯二甲酰胺纤维 其分子结构式为：
芳纶纤维的种类
芳纶纤维的种类引言芳纶纤维是一种高性能纤维，具有优异的物理和化学性质，被广泛应用于各个领域。
本文将详细介绍芳纶纤维的种类及其特点。
一、聚对苯二甲酸亚胺纤维（PI纤维）1.特点：–高温稳定性：PI纤维可长期在400℃下使用，短期耐温可达600℃以上。
–优异的力学性能：具有较高的强度和模量。
–良好的电绝缘性：PI纤维是一种优异的电绝缘材料。
–良好的耐腐蚀性：PI纤维对大多数有机溶剂和酸碱具有很好的耐腐蚀性。
2.应用领域：–航空航天：制作高温环境下工作的部件，如引擎零件、导弹燃气发生器等。
–电子领域：用于制作电机绝缘材料、电缆绝缘材料等。
–化工领域：用于制作耐蚀设备。
二、聚间苯二甲酸亚胺纤维（PBI纤维）1.特点：–极高的玻璃化转变温度：PBI纤维的玻璃化转变温度超过500℃。
–良好的耐热性：PBI纤维可在高温下保持较高的强度。
–优异的阻燃性：PBI纤维是一种自灭火纤维，不会熔化滴落。
–良好的耐化学性：PBI纤维对酸碱溶液和有机溶剂具有良好的耐性。
2.应用领域：–纺织品：制作耐高温、耐腐蚀的纺织品，如防火服、高温过滤材料等。
–电子领域：用于制作高温电缆绝缘材料。
–能源领域：制作高温燃料电池膜。
三、聚苯醚腈纤维（PEN纤维）1.特点：–优异的强度和弹性模量：PEN纤维具有较高的强度和弹性模量。
–良好的耐热性：PEN纤维可在150℃下使用，短期耐温可达200℃。
–良好的耐化学性：PEN纤维对大部分有机溶剂和酸碱具有较好的稳定性。
2.应用领域：–纺织品：制作高强度、高弹性的纺织品。
–印花领域：用于制作高品质的印花纺织品。
–功能材料：制作高性能复合材料。
四、聚酰胺纤维（PA纤维）1.特点：–优异的强度和弹性模量：PA纤维具有较高的强度和弹性模量。
–良好的耐磨性：PA纤维是一种耐磨纤维，适用于制作高磨损场合的材料。
–良好的吸湿性：PA纤维对水蒸气具有很好的吸湿性。
2.应用领域：–纺织品：制作高强度、耐磨的纺织品，如运动服装、工装等。
芳纶纤维
凯夫拉防弹衣
据军事专家统计，战场人员伤亡总数的７５％是由低速或中速流弹和炸弹的碎片造成的，而子弹造成的直接伤亡仅占２５％，为了提高作战人员的生存能力，人们对避弹衣的研制越来越重视。
在制造避弹衣的众多防弹材料中，“凯夫拉”纤维后来居上，一跃成为材料技术领域的佼佼者。
用“凯夫拉”代替尼龙和玻璃纤维，可使避弹衣的重量减轻50%：在单位面积质量相同的情况下，其防护力至少可增加1倍，并且具有很好的柔韧性。
用这种材料制成的防弹衣仅重2-3千克，而且穿着舒适，行动方便，很快就被世界上许多国家的军队采用。
“凯夫拉”材料于1935年诞生在美国杜邦公司，它是一种芳香族聚酰胺有机纤维，我国称它为芳纶复合材料，“凯夫拉”有多种化学物质融合而成，其特点是密度高，重量轻，强度高，韧性好，耐高温，乃化学腐蚀，绝缘性能和纺织性好，它于1972年投入工业生产，并付诸实用。
美国用了6年时间，花费了250万元，研制出用“凯夫拉”材料制成的头盔，从而结束了作为美国陆军象征有名的“钢盔”时代。
这种头盔仅重1.45千克，其防弹性能比原标准钢盔高出了33%。
同时，这种新头盔更贴近头部，使用者感觉更加舒适。
知识点三芳纶纤维分析
知识点三芳纶纤维分析
内容需要包括芳纶纤维的性能、特点、各种改性方法、应用领域等芳纶纤维是一种低密度聚芳醚和芳醚-醚醚酮纤维的合成混合物。
芳纶纤维由于具有极高的抗拉断强度，轻质，低储气比重，耐蚀性，弹性，耐老化，耐高温，透气性，柔软性，低摩擦系数，低氧燃烧性，易于染色等优异性能，广泛应用于服装、箱包、鞋帽、汽车等行业。
芳纶纤维的特点：
1.由于结晶结构稳定，原料资源丰富，耐老化性能优良，芳纶纤维具有极高的抗拉断强度、抗拉伸性能、抗折形性能、抗老化性能和耐蚀性，可以长期保持其形状、强度、柔韧性和抗折形性能，较高的静态和动态应力-应变性能；
2.芳纶纤维表面光滑，柔软，质轻，拉伸性能高，营孔性能高，抗水洗性能强，易于染色，色牢度高，耐污性能好，能够承受较大的拉伸及表面加工；
3.芳纶纤维具有良好的低摩擦系数，低氧燃烧性，大面积绝缘，高耐热性和良好的绝缘能力，使其特别适用于各种电子机械结构的制造；。
芳纶纤维介绍
芳纶纤维全称为"聚对苯二甲酰对苯二胺",英文为Aramid fiber（杜邦公司的商品名为Kevlar），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%。
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。
芳纶纤维研究报告
芳纶纤维研究报告芳纶纤维是一种由芳烃组成的合成纤维，它是一种超强度、超伸长、耐高温、耐腐蚀、绝缘性能优越的无机合成纤维。
在现今的科技发展史上，芳纶纤维一直处于最前沿，它为航空、航天、野外实验和其他工程而提供了许多科技上的发展空间。
目前，由于芳纶纤维优良的物理性能，它被广泛用于工业、军事、航空航天等领域。
近年来，芳纶纤维技术的发展有了很大的变化，为实现更高的使用性能、更强的耐磨性和更宽的设计空间奠定了坚实的基础。
本文就芳纶纤维的研究进行深入剖析，以期让读者对芳纶纤维有更深入的认识。
一、芳纶纤维研究现状芳纶纤维是一种由芳香族烃分子链构成的超细纤维。
芳纶纤维具有“超强度、超伸长、耐高温、耐腐蚀”等优良的性能，使其在航空、航天、临床实验等多领域得到广泛使用。
随着技术的进步，芳纶纤维已经实现了从单芳烃到多芳烃的开发，并实现了芳纶纤维改性、复合材料开发等更高水平的技术发展。
（1）芳纶纤维的性能研究芳纶纤维具有卓越的力学性能，特别是拉伸强度、拉伸模量、应变强度和断裂伸长率等指标极具优势。
近年来，对芳纶纤维的强度、耐磨性、耐湿性等性能进行了较为深入的研究，已取得了显著的成果。
一些研究结果表明，芳纶纤维的力学性能比普通合成纤维有显著的提高，在航空、航天和野外实验等环境中有良好的稳定性。
（2）芳纶纤维的复合材料研究芳纶纤维的复合材料的特点是多层接种，每一层都可以实现不同的功能，从而形成多功能综合性复合材料。
由于芳纶纤维表面具有良好的活性，能够很好地与多种无机或有机粘合剂接触，从而实现复合材料的加固、保护和提高性能。
复合材料的应用不仅可以提高纤维的抗环境、抗湿性和耐磨性等性能，而且可以实现结构材料的加工加工，提高结构材料的整体性能。
二、未来研究方向芳纶纤维的性能在技术发展的道路上正在取得更大的新进展，芳纶纤维的未来研究方向也在不断变化。
（1）芳纶纤维表面处理研究芳纶纤维具有极高的弹性和抗水性能，但是表面活性较弱，易受到污垢的污染，严重影响纤维的使用寿命。
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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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。
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。
芳纶细纱和粗纱的热性能
性能 在空气中高温下长期使用温度(℃ 在空气中高温下长期使用温度 ℃) 分解温度(℃ 分解温度 ℃) 拉伸强度(MPa) 拉伸强度 在室温下16个月 在室温下 个月 在50℃空气中 个月 ℃空气中2个月 在100 ℃空气中 在200 ℃空气中 拉伸模量(GPa) 拉伸模量 在室温下16个月 在室温下 个月 在50℃空气中 个月 ℃空气中2个月 无强度损失 无强度损失 无强度损失 无强度损失 3170 2720 数据 160 500
2.4.3 Kevlar纤维的制备 纤维的制备
Kevlar纤维的制造过程分为两个阶段： 纤维的制造过程分为两个阶段： 纤维的制造过程分为两个阶段
第一阶段，对苯二胺与对苯二甲酸酰氯缩聚 缩聚成 第一阶段，对苯二胺与对苯二甲酸酰氯缩聚成 PPTA; 第二阶段，将聚合体溶解在溶剂中再进行纺丝 纺丝， 第二阶段，将聚合体溶解在溶剂中再进行纺丝， 制成所需要的纤维材料。 制成所需要的纤维材料。
2.4.2 芳纶纤维的种类
10.2.1 芳纶纤维的结构 1. 间位芳香族聚酰胺纤维（聚间苯二甲酰间苯二胺） 间位芳香族聚酰胺纤维（聚间苯二甲酰间苯二胺）
CO CO NH
NH
n
特点: 特点: 强度、模量较低， 强度、模量较低，不能用作结构复合材料 （耐高温绝缘材料，耐高温的蜂窝结构） 耐高温绝缘材料，耐高温的蜂窝结构）
The planes represent the smectic layers. The director always makes the same angle with the smectic planes, but the orientation of the director rotates about the line to the planes in going from one layer to the next.
强度损失(%) 强度损失 浓度(%) 温度 ℃) 时间 温度(℃ 时间(h) 化学试剂 浓度 丙酮 乙醇 三氯乙烯 甲乙酮 变压油 煤油 自来水 海水 过热水 饱和蒸汽 氟利昂22 氟利昂 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 138 150 60 21 21 21 21 60 60 100 1000 1000 24 24 500 500 100 一年 40 48 500 4.6 9.9 0 1.5 9.3 28 0 3.6 Kevlar-29 3 1 Kevlar-49 1 0 1.5 0 0 0 2 1.5
液晶的相态
Nematic 向列相
Cholesteric 胆甾相
Smectic 近晶相
液晶的相态－ 向列相(Nematic Phase) 液晶的相态－ 向列相
Director N Long-range orientational order of molecules N
n
n
n
n n
n
n
Molecules
芳纶与各种纤维性能比较 纤维名称 Nomex Kevlar Kevlar-29 Kevlar-49 芳纶Ⅱ 芳纶Ⅱ 芳纶Ⅰ 芳纶Ⅰ 尼龙6 尼龙 尼龙66 尼龙 涤纶 丙纶 碳纤维M40 碳纤维 碳纤维T500 碳纤维 碳纤维T300 碳纤维 E玻璃纤维 玻璃纤维 高强2#玻璃纤维 高强 玻璃纤维 硼纤维 氧化铝纤维 密度(g/cm3) 密度 1.38 1.43~1.44 1.44 1.44 1.44 1.465 1.14 1.14 1.38 0.90 1.81 1.74 1.75 2.54 2.54 3.9 拉伸强度 (MPa) 0.66 3.22 2.82 3.82 2.6~3.3 2.8~3.4 0.66~0.97 0.61~0.97 0.78~1.12 0.24~0.66 2.1 3.2 2.8 1.0~3.0 3.0~3.4 3.5 1.4~1.8 初始拉伸模量 (GPa) 17.4 64.8 63.2 126.6 9~12 15~16 0.28~0.51 0.22~0.60 1.12~1.99 0.15~0.33 40 25 23 7 8.3~8.5 38~40 38 延伸率(%) 延伸率 22 1.43~1.44 3.6 2.4 2~3.2 1.8~2.2 16~25 16~28 7~17 20~80 0.5 1.3 1.2 2.5~4 0.5~0.8 0.4
§2- 4 芳纶纤维
2.4.1 概述
芳纶纤维：芳香族聚酰胺类纤维的通称，国外商品牌 芳纶纤维：芳香族聚酰胺类纤维的通称， 号为凯芙拉（ 号为凯芙拉（Kevlar）纤维，我国命名为芳纶纤维。 ）纤维，我国命名为芳纶纤维。
特点：高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、 特点：高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、低密度
法国新型第四代“阵风”(Rafale)双发多任务战斗机，采用前置鸭 翼、后掠三角翼和单垂尾气动布局，大量采用复合材料。 复合材料常规半硬壳式结构机身的 “阵风”战斗机机身结构采用复合材料 复合材料 50%采用碳纤维复合材料。后机身为碳纤维复合材料 复合材料，机头整流 复合材料 复合材料。起落架及发动机舱门 罩和喷管整流罩为聚芳酰胺纤维复合材料 复合材料 为碳纤维复合材料 复合材料。 复合材料
芳纶在各种化学药品中的稳定性
强度损失(%) 强度损失 浓度(%) 温度 ℃) 时间 温度(℃ 时间(h) 化学试剂 浓度 醋酸 盐酸 盐酸 氢氟酸 硝酸 硫酸 硫酸 氢氧化钠 99.7 37 37 10 10 10 10 28 21 21 21 21 21 21 21 21 24 100 1000 100 100 100 1000 1000 72 88 10 79 9 59 9 Kevlar-29 Kevlar-49 0 63 81 6 77 12 31 7
2. 纺丝工艺 （1）工艺流程 浓硫酸溶解 纺丝溶液 聚合物PPTA 聚合物PPTA 干湿法纺丝 水洗 干燥 Kevlar-29 热处理（ 热处理（550℃） N2 ℃ Kevlar-49
（2 ）纺丝溶液
PPTA在硫酸中处于各向异性的液晶态 在硫酸中处于各向异性的液晶态 呈一定取向态，易沿外界作用力方向取向， （呈一定取向态，易沿外界作用力方向取向，具有高浓度低粘度的 特点，利于纺丝） 特点，利于纺丝）
Kelvlar纤维干喷湿纺示意图(2)立式 Kelvlar纤维干喷湿纺示意图(2)立式 纤维干喷湿纺示意图(2)
（4）热处理 ） 1）操作 ）
惰性气体,张力 惰性气体 张力
Kevlar-29
Kevlar-49
结晶率94％） 结晶率96％） （结晶率 ％） 150~550℃分段热处理（结晶率 ％） ℃
Kevlar
CO CO NH NH n
芳纶纤维的分子结构
高聚物链呈伸展状态，形成棒状结构及高结晶度 高聚物链呈伸展状态， 纤维具有高模量 高聚物链的线性结构使分子间排列紧密 纤维具有高强度
纤维具有化学稳定性 苯环结构， 苯环结构，高结晶度 高温尺寸的稳定性 分子链在纤维轴向高度定向， 分子链在纤维轴向高度定向，强共价键 纤维横向分子间氢键 纤维力学性能各向异性
胆甾相 (手性向列相 手性向列相 Chiral nematic phase) 手性近晶相(Chiral smectic phase) 手性近晶相
Molecules in the cholesteric phase. The director n rotates in a helical fashion.
Director N Director N Tilt Angle
Layers
Layers
Molecules Molecules
Smectic A
Smectic C
Layer structure in Smectic phases
液晶的相态－胆甾相 液晶的相态－胆甾相(Cholesteric phase)