芳纶纤维及其发展现状

芳纶1414纤维及其研究进展
1.芳纶纤维简介
Kevlar纤维是芳香族聚合物纤维,是以对苯二胺和对苯二甲酰为原料,在有机溶液中进行低温缩聚,得到高性能、高结晶度的树脂釆用液晶纺丝新技术,溶于浓硫酸或六甲基酸酷胺等一些溶剂中配成纺丝原液,然后用干湿法纺丝的技术制备而成。

Kevlar纤维的分子链是由苯环和醜胺基按一定规律排列而成。

醜胺基团的位置又都在苯环的直位上,故而这种聚合物具有良好的规整性,致使Kevlar纤维具有高结晶度。

这种刚性的聚集状分子链,在纤维轴向是高取向的,分子链上的氢原子将和其它分子链上的基(酷胺基团内)结合生成氢键,成为高聚物分子间的横向联结。

Kevlar纤维这种苯环结构,使它的分子链难于旋转,高聚物分子不能折叠,又是伸展状态,形成体状结构,从而使纤维具有很高的模量。

聚合物线性结构的分子间排列十分紧密,在单位体积内可容纳很多聚合物分子,这种高致密特性使纤维具有较高的强度。

此外,这种苯环结构由于环内电子的共辆作用,使纤维具有化学稳定性,又由于苯环结构的刚性,使高聚物具有晶体的本质,使纤维在高温状态下具有尺寸稳定性。

2.表面处理纤维
借助超临界二氧化碳的溶胀及携带性能，将六亚甲基二异氰酸酯（&’）( 携带进入芳纶中，并对纤维进行改性，利用力学性能测试!红外光谱!扫描电镜!)*射线光电子能谱方法测试了纤维的力学性能以及纤维与基体树脂的界面黏附性能，观察了纤维的表面形貌，分析了纤维表面的元素分布等结果表明：经改性的纤维强度及模量均有提高；纤维表面变得粗糙，+ 元素含量明显增加，极性基团增加；复合材料界面剪切强力明显增加，表明纤维更适合用作复合增强材料。

[1] 周建军,孔海娟,张蕊,马禹,滕翠青,余木火. 超临界二氧化碳下以六亚甲基二异氰酸酯改性芳纶[J]. 合成纤维,2012,05:1-4.
对位芳给(Para-aramid fiber)主要品种是凯夫拉,其化学名称为聚对苯二甲酷对苯二胺(PPTA),是一种新型高科技合成纤维,具有高强度、高模量、高结晶度和高取向度,由于它出色的热稳定性能和化学惰性,使其成为了高性能复合材料增强纤维的最佳候选之一。

[1] Jia C.X,Chen P., Lin B., Wang Q., Liu C.,Yu Q.,Effects of Twaron fiber surface treatment by air dielectric barrier discharge plasma on the interfacial adhesion in fiber reinforced composites[J], Surface Coatings and Technology. 2010,204(21-22):3668-3675.
虽然芳纶纤维具有优异的力学性能和化学稳定性及耐高温性能，但由于纤维表面光滑，缺少活性基团，表面能低，反应活性低等特点，导致化学镀金属难以直接在纤维表面沉积，且纤维与金属镀层结合力差，金属镀层容易脱落，从而影响纤维的导电性和耐久性。

因此，必须对芳纶纤维进行表面改性，找出最佳的改性工艺条件，在保证纤维的本体强度不受损失的前提下，提高纤维的表面粗糙程度，增大纤维表面积与表面活性，以增加纤维与金属镀层的结合力和粘结性，提高纤维的导电性。

在芳纶纤维表面镀覆导电金属，使纤维表面金属化，可使其具有消除静电、导电、电磁屏蔽的功能，而且具有比金属线质轻、柔软的特点。

本文通过对芳纶纤维的表面预处理，采用化学镀的方法，分别制备了导电性能良好的镍-铜复合镀层和银镀层的导电芳纶纤维，并对其性能进行了研究。

[1] 梁晶晶. 导电芳纶纤维的制备与性能研究[D].上海大学,2013.
芳纶纳米纤维将以非织造板材的形式应用于锂离子电池（LIBs）隔膜的制造，公司将于2014 年进行该纤维的商业化生产。

据介绍，到现在为止，帝人公司的芳纶纳米纤维仅在实验室中生产，其生产的板材可在300°C 下保持形状。

芳纶纳米纤维耐高温、耐氧化的性能可增强汽车用锂离子点知和静止电力贮存的安全性，保证电池在高容量、高能量密度应用中减少火灾的危险，比传统的隔膜更具优势。

[1]翼德. 帝人集团新推芳纶纳米纤维[J]. 纺织装饰科技,2012,02:21
用不同浓度的甲苯一2,4一二异氰酸酷(TDI)溶液改性Technora纤维表面的效果，经TDI改性后,纤维表面的粗糙度增加,纤维表面接枝了大量极性基团,纤维的抗断裂强度平均增加了4.6%,改性后纤维与水的接触角平均降低了19.20,在与树脂基体复合时,界面剪切强度最大增加了40.8%,有效的改善了纤维与树脂的界面性能,最后对改性机理进行了探讨。

[1]尤志强. 对位芳纶的表面改性研究[D].东华大学,2010.
Gu R, Yu J, Hu C, et al. Surface treatment of para-aramid fiber by argon dielectric barrier discharge plasma at atmospheric pressure[J]. Applied Surface Science, 2012, 258(24): 10168-10174. 在专外文件名7
3.芳纶纤维染色
Xia[12]等人用硫酸对对位芳纶进行表面改性，通过正交实验确定预处理的最优条件，并在扫描电镜下观察纤维的形态结构变化，傅里叶红外光谱分析改性后纤维的化学基团，实验表明，改性的对位芳纶表面更加光滑，部分聚合物分子被酸解，纤维表面上的活性染料基团也增多，因此也提高了对位芳纶的染色性能，染色深度，耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度纤维的最佳改性条件为用2%的硫酸在40 ℃下处理1 h。

[12] Dong Xia, Li Jing Wang. Sulfuric acid treatment of aramid fiber for improving the cationic dyeing performance[J].Advanced materials research, 2012, 12(627): 243-247.
王春梅[10]等人采用酸（15 g/L磷酸）和碱（8 g/L氢氧化钠）改性的方法对对位芳纶进行预处理，通过选择合适的染料、纤维改性方法及染色方法对纤维进行染色，探讨改性条件、染料种类和用量、染浴pH值、染色温度、染色时间等对染色性能的影响。

其结果表明，经碱改性的对位纶用分散染料，染色的最佳工艺为染料质量分数不超过5％，染液pH值5，在130 ℃染色60 min；经碱改性染色对位芳纶纱线的耐皂洗色牢度4～5 级，耐升华色牢度与染料品种有较大关系。

经酸改性的对位芳纶用阳离子染料染色的最佳工艺为染料质量分数不超过5％，染液pH值4～5，在120 ℃染色60 min；酸改性染色对位芳纶纱线的耐皂洗色牢度达到4～5 级，耐升华色牢度达到4 级。

[10] 王春梅, 李朝辉, 季涛. 芳纶1414纱线碱/酸改性的染色工艺[J]. 印染, 2011, (19): 28-32.
王剑炜[13]等人通过对对位芳纶助染剂预处理，进行阳离子染料染色实验，探讨染色工艺参数对对位芳纶染色性能的影响。

实验表明，染色最佳工艺为染料质量分数5%，助染剂质量分数2%，氯化钠质量分数15 g/L，染浴pH为4.5，染色温度110 ℃，染色保温时间60 min，染色后耐皂洗色牢度可达到4～5 级。

[13] 王剑炜,王华,谭艳君.助染剂处理芳纶纤维的阳离子染色性能探究[J].印染助剂, 2012, 9(34): 19-22.
Kazumasa Hirogaki[14]等人通过电子束诱导接枝聚合的方法对对位芳纶进行表面改性，在电
子束辐射作用下，含有阴离子基团的乙烯基单体会和纤维表面的自由基发生反应，支链通过共价键附着在纤维表面，作者选用了丙烯酸和丙烯酸酯两种乙烯基单体，丙烯酸是一种含有羧基的阴离子单体，而丙烯酸酯是一种疏水单体，经过表面改性的对位芳纶用亚甲基蓝进行染色。

在不同比例的丙烯酸和丙烯酸酯接枝聚合情况下，对位芳纶的染色情况以及经过洗涤后织物的褪色情况也各有不同，当丙烯酸酯和丙烯酸的比例＞10织物染色较浅，和未处理过的纤维差不多，而＜10的时候织物可以深染。

当丙烯酸的质量分数＜0.099 mmol/g时，对位芳纶不易上染，其亮度值和未处理过的纤维差不多，当丙烯酸单体质量分数＞0.099 mmol/g时，织物可以染上比较深的颜色，亮度值也小于未处理过的纤维。

[14] Kazumasa H, Norie K, Takashi F, etc. Improvement of Dyeability of Para-aramid fibers using electron-beam-induced graft polymerization[J]. Sin't Gakkaishi, 2012,68(8): 211-217.
宋翠艳[15]等人在对位芳纶中加入精炼剂去除芳纶油剂，取出后水洗烘干，经烘干的对位芳纶在70 ℃的染色载体Cindye Dnk中处理10 min，在处理后的纤维中加入阳离子染液，所述染液中含有阳离子染料和NaNO3促染剂。

此方法染出的对位芳纶染色牢度高，颜色鲜艳，同时耐水洗色牢度和耐摩擦色牢度达到要求
[15] 宋翠艳,陈延平,刘福强等. 芳纶1414的染色方法:中国, 102535196[P]. 2012-07-04.
4.芳纶纤维的复合材料
Sun Z, Hu X, Chen H. Effects of aramid-fibre toughening on interfacial fracture toughness of epoxy adhesive joint between carbon-fibre face sheet and aluminium substrate[J]. International Journal of Adhesion and Adhesives, 2014, 48: 288-294. 复合材料1
5.芳纶纤维的主要应用
芳纶纤维/树脂复合材料界面力学性能设计及实验”、“芳纶的表面改性研究”为题，对芳纶如何更好地应用于复合纤维给出建议。

防弹、电网、橡胶、环氧树脂、蜂窝结构、工程塑料、高性能微孔薄膜、体育器材等尖端领域的进行了相关的主题报告。

我军第一批歼击机女飞行员的换装开发了新型抗荷服面料,并成功应用于中华人民共和国60周年国庆阅兵中,为国庆阅兵增添了一个亮点。

本课题还讨论了一种新型芳纶热防护服的结构设计。

现有芳纶织物的应用中,一般都是使用四层结构来设计消防战斗服,使用三层结构来设计的还比较少见。

本课题初步探讨了一种应用新式三层结构来制作消防战斗服的设计的热防护性能和服用舒适性能,为新一代消防服的的发展方向提供了借鉴。

高性能芳纶防护织物的研究与开发
对位芳纶在复合材料领域应用的研究
对位芳纶在复合材料领域应用的研究_王双成.caj
芳纶短纤维在轮胎性能改进中的应用
通过研究芳纶短纤维对天然橡胶（NR）性能的影响，探讨芳纶短纤维在轮胎性能改进中的应用。

结果表明：芳纶短纤维可以提高NR胶料300%定伸应力和撕裂强度；可以改善胎侧胶的抗刺扎性能和抗切割性能，胎侧胶添加芳纶短纤维的矿山轮胎使用寿命延长；芳纶短纤维在胎侧胶中的适合用量为3～4份。

芳纶复合材料防弹性能的研究
本文介绍通过对树脂胶粘剂配方的改进，研制出一种新型的芳纶无纬布
采用合理的防弹复合材料压制工艺，制备防弹复合材料，其中交联剂的添加明显提高了无纬布压制的防弹复合板的防弹性能。

采用交联剂含量为时复合材料的防弹性能最优。

并且制备的防弹板面密度为㎡即可防护。

手枪弹而采用机织布制备的芳纶防弹复合板至少需㎡才能达到同等防护级别。

［!］宋月贤，郑元锁，袁安国，等4 芳纶短纤维增强橡胶
耐烧蚀柔性绝热层材料的研究进展［g］4 橡胶工业，!"##，Z&
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芳纶纤维表面化学镀Ni/Sn 研究
采用化学镀技术制备781_G 双镀层芳纶纤维，实现了芳纶纤维表面金属化，应用_NH!NC_ 和eMC 分析研究芳纶纤维在不同处理阶段表面形貌!镀层成分和物相的变化，并对镀层行耐腐蚀性!结合强度和导电性能测试"结果表明，芳纶纤维经过适当的前处理获得了适合于化学镀的洁净催化过渡表面; 在实验中观察到，镀液W^ 值为9，施镀时间为!’" O8G 时，镀镍层均匀!连续地覆盖于芳纶纤维表面，厚度达到了%,’GO; 镀液W^ 值为"+ ) 6 !+ ’，施镀温度为!," O8G时，镀锡层与镀镍芳纶纤维结合良好，双镀层厚度达到!+ ( "O; 镍锡镀层与芳纶纤维结合致密且牢固，镀层耐腐蚀性!结合强度和导电性能良好"。