一文读懂芳纶纤维

一文读懂芳纶纤维
一、芳纶纤维

芳纶纤维全称芳香族聚酰胺纤维，是由芳香基团和酰胺基团组成的线性聚合物,它具有优异的力学性能，稳定的化学结构，理想的机械性质，具有超高强度、高模量、耐高温、耐酸碱、质量轻，耐磨损等优良性能。

相较于普通柔性聚合物分子链，芳纶纤维的主链结构主要由苯环对位而成的棒状分子结构构成。由于大共轭的苯环存在，分子链段难以发生内旋转，从而呈现一种线性刚性结构。这种刚性分子链容易形成液晶形态，实现高模量。在纺丝过程中，这种结构还可以在有限空间内沿纤维取向高密度多层堆叠，使得聚合物有较高的强度。

二、芳纶纤维分类
根据化学结构的不同，芳纶纤维分为对位芳纶、间位芳纶、杂环芳纶。其中对位芳纶、间位芳纶应用范围较广。
1、对位芳纶1414
对位芳纶又称聚对苯二甲酰对苯二胺纤维 (PPTA) 和聚对苯甲酰胺纤维 (PBA)。以对苯二胺和对苯二甲酰氯为单体原料，在N—甲基吡咯烷酮 (NMP)—氯化钙中，经低温溶液缩聚而得。
主链结构主要由苯环对位而成的棒状分子结构构成，由于大共轭的苯环存在，分子链段难以发生内旋转，从而呈现一种线性刚性结构。
2、间位芳纶1313
间位芳纶也称为聚间苯二甲酰间苯二胺(PMTA)纤维。以间苯二胺和间苯二甲酰氯为原料，通过聚合反应、中和反应和纺丝等工艺步骤制得。

相较于对位芳纶，间位芳纶的分子链共价键没有共轭效应，分子链内旋转位能低于对位芳纶，大分子链的柔性较对位芳纶强，纤维结晶度比对位芳纶小。

三、芳纶纤维的性能特点
1、力学性能
对位芳纶最显著的特性是高强度、高模量，其强度大于25克/旦，是优质钢材的5～6倍、玻纤的3倍、高强尼龙工业丝的2倍；模量是优质钢材或玻璃纤维的2～3倍、高强尼龙工业丝的10倍；韧性是钢丝的2倍。另外芳纶纤维重量轻，其重量仅为钢丝的1/5左右。
对位芳纶与其他高强度纤维的性能比较
2、耐热性能
芳纶纤维具有优秀的热稳定性，间位芳纶在130℃时强度几乎无损失，可以在220℃使用十年以上，在260℃高温下100小时，机械强度仍保持原来的65%，400℃左右开始碳化而不熔融。对位芳纶的耐热性更胜间位芳纶一筹，在150℃下的收缩率为0，在560℃的高温下不分解不熔融。而锦纶和聚酯的强力和模量均随温度的升高而下降。
3、阻燃性能
通常空气中氧气含量为21%，而间位芳纶的极限氧指数大于28%，对位芳纶的极限氧指数在30%左右，属于难燃纤维，所以不会在空气中燃烧，也不助燃，有自熄性，不产生熔滴，遇到极高温度时，纤维会迅速膨胀碳化，形成特有的绝热层，能阻挡外部的热量传入内部，起到有效的保护作用。这种源于本身分子结构的固有特性使芳纶永久阻燃，具有“防火纤维”之美称。
4、耐化学腐蚀性能
芳纶纤维具有优良的耐化学腐蚀性能，通常只有把芳纶长时间暴露在浓度相对高的酸或碱溶液中，才会对芳纶的性能产生显著影响。并且，芳纶对霉菌或锈蚀不敏感。
5、电绝缘性
芳纶纤维电导率很低，而且由于纤维吸湿性较差，使其在高低温和高低湿度环境中均可以保持优良的电绝缘性能。用间位芳纶制备的绝缘纸耐击穿电压可达到100kV/mm。对位芳纶的电阻达到5×1014Ω/cm。由于出色的电绝缘性能，使其在电子电气领域有着很好的应用前景。
除以上介绍的性能之外，芳纶帘线还具有较好的抗老化性、耐磨性以及耐辐射性能等。作为一类高性能材料，芳纶的优异性能在不同的领域被开发应用。
四、芳纶纤维的市场应用
1、军事国防领域
芳纶复合材料可以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、防弹运钞车、防弹板、防弹头盔、防弹衣等。
2、安全防护领域
个体防护装备的阻燃耐高温性能是保障人员安全的重要条件。随着材料科学技术及纺织加工技术的发展，阻燃防护服已经由暂时性阻燃整理、半耐久性阻燃整理逐步发展为耐久性阻燃整理以及本质阻燃材料的应用。
3、橡胶补强领域
由于橡胶的弹性大，弹性模量较低，在外力作用下极易产生变形，因此很多橡胶制品都必须用纤维材料或金属材料作为骨架。以芳纶制成的帘子布、线绳、纱线、帆布、整体带芯、直经直纬织物等被用作轮胎、动力传动胶带、物料输送胶带、胶管的骨架材料。
4、环保领域
芳纶具有优异的耐热性、阻燃性和化学稳定性，可在高温恶劣环境中长期工作，是加工耐高温过滤袋的理想材料，用于钢铁、水泥、炭黑等空气污染较重领域的高温烟尘过滤。
由间位芳纶纤维所织成的非织造布具有非常好的过滤粉尘性质，例如：380g/m2的间位芳纶非织造布作为高温过滤布具有较涤纶布530 g/m2及腈纶布600 g/m2更好的过滤性质。在袋式除尘领域，对于间位芳纶滤袋，在废气温度不超过200℃，湿度6%，SO2的含量为100ppm的情况下，使用寿命超过两年。
5、电子电气材料领域
（1）天线结构件
（2）特种印刷电路基板
（3）芳纶绝缘纸
（4）光纤
6、 航空航天领域
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，也可以制作机内天花板、仓壁等，可减轻其重量。
7、运动器材领域
充分利用芳纶耐高温、耐疲劳等特性，以制作运动条件苛刻的拳击手套、登山鞋靴、赛车车体、赛马头盔等，还可用于制作球拍、滑雪板、滑雪杆、雪橇、弓箭、弓弦、钓鱼竿、风筝骨架、高尔夫球棍、赛艇等。
8、其他领域
（1）密封材料
（2）绳索
（3）摩擦材料
（4）建筑材料

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