陕西科技大学
硕士学位论文
国内外芳纶纤维及纸的对比研究
姓名：金珠
申请学位级别：硕士
专业：制浆造纸工程
指导教师：张美云
20060501
我国芳纶纤维的生产、应用 状况及存在的问题 摘要：芳纶纤维是一种高强度、高模量，并具有良好的热稳定性的增强型和功能型纤维材料，多以复合材料的形式应用。文章阐述了目前我国芳纶纤维生产发展状况，介绍了芳纶纤维在军工、航空和汽车等领域的应用状况，讨论了我国芳纶纤维存在的一些主要问题。 关键词：芳纶纤维，生产，应用 芳纶纤维是一种分子构型沿轴向伸展、分子排列整齐、高结晶度、高取向度的材料，具有相对密度小、耐疲劳、耐剪切等一系列优异性能。它具有的很高伸直平行度和取向度的分子结构决定了芳纶纤维具有高强度和高模量，并具有良好的热稳定性。芳香族聚酰胺分为邻位、间位、对位。邻位类无商业化价值，间位、对位的芳香族聚酰胺已商品化生产。间位类通常指芳纶1313，其以耐热性、难燃性和耐药品性优异为特征；对位类通常指芳纶1414，其以高强力、高弹性模量和耐热性为特征。我国于20世纪80年代初研制的两种纤维产品分别是芳纶1414[聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）]纤维和芳纶14[聚对苯甲酰胺]纤维，统称为芳纶纤维，其中以PPTA应用最为广泛。杜邦和恩卡公司分别把PPTA注册为Kevlar和Twaron商品名[1]。 1.芳纶纤维生产发展现状 1.1芳纶纤维的基本概况 我国芳纶纤维的研制开发起步较晚，从20世纪80年代起，国内先后有多家企业、高校和研究所对芳纶国产化进行了深入研究，主要有晨光化工研究院、东华大学、上海合成纤维研究所、沈阳红星、广东彩艳、烟台氨纶、河南神马、航天科工六院等进行了研究开发。目前，我国间位芳纶已攻破技术难关，产品性能稳定，基本上实现了产业化生产，国产产品在国内占有一定的市场份额，并且还有部分产品出口到国际市场。但我国对位芳纶纤维发展较慢，一些科研院所和企业建设了中试装置，但产量较小，产品质量与国外产品也有一定差距。 1 / 9
航空航天复合材料技术发展现状 2008-11-25 中国复合材料在线［收藏该文章］ 材料的水平决定着一个领域乃至一个国家的科技发展的整体水平；航空、航天、空天三大领域都 对材料提出了极高的要求；材料科技制约着宇航事业的发展。 固体火箭发动机以其结构简单，机动、可靠、易于维护等一系列优点，广泛应用于武器系统及航 天领域。而先进复合材料的应用情况是衡量固体火箭发动机总体水平的重要指标之 一。在固体发动机研制及生产中尽量使用高性能复合材料已成为世界各国的重要发展目标， 目前已拓展到液体动力领域。科技发达国家在新材料研制中坚持需求牵引和技术创新相结合，做到了需求牵引带动材料技术发展，同时材料技术创新又推动了发动机水平提高的良性发展。 目前，航天动力领域先进复合材料技术总的发展方向是高性能、多功能、高可靠及低成本。 作为我国固体动力技术领域专业材料研究所，四十三所在固体火箭发动机各类结构、功能复合材料研究及成型技术方面具有雄厚的技术实力和研究水平，突破了我国固体火箭发动 机用复合材料壳体和喷管等部件研制生产中大量的应用基础技术和工艺技术难关，为我国的 固体火箭发动机事业作出了重要的贡献，同时牵引我国相关复合材料与工程专业总体水平的 提高。建所以来，先后承担并完成了通讯卫星东方红二号远地点发动机，气象卫星风云二号 远地点发动机，多种战略、战术导弹复合材料部件的研制及生产任务。目前，四十三所正在 研制多种航天动力先进复合材料部件，研制和生产了载人航天工程的逃逸系统发动机部件。 二、国内外技术发展现状分析 1、国外技术发展现状分析 1.1结构复合材料 国外发动机壳体材料采用先进的复合材料，主要方向是采用炭纤维缠绕壳体，使发动机质量比有较大提高。如美国“侏儒”小型地地洲际弹道导弹三级发动机（SICBM-1 、-2、- 3 ）燃烧室壳体由IM-7炭纤维/HBRF-55A 环氧树脂缠绕制作，IM-7炭纤维拉伸强度为 5 300MPa , HBRF-55A 环氧树脂拉伸强度为84.6MPa，壳体容器特性系数（PV/Wc ）＞3 9KM ;美国的潜射导弹“三叉戟II （D5 ）”第一级采用炭纤维壳体，质量比达0.944，壳 体特性系数43KM，其性能较凯芙拉/环氧提高30% 国外炭纤维的开发自八十年代以来，品种、性能有了较大幅度改观，主要体现在以下两个方 面：①性能不断提高，七、八十年代主要以3000MPa的炭纤维为主，九十年代初普遍使用 的IM7、IM8纤维强度达到5300MPa,九十年代末T1000纤维强度达到7000MPa,并已开始工程应用；②品种不断增多，以东丽公司为例，1983年产的炭纤维品种只有4种，至U 1995 年炭纤维品种达21种之多。不同种类、不同性能的炭纤维满足了不同的需要，为炭纤维复合材料的广泛应用提供了坚实的基础。 芳纶纤维是芳族有机纤维的总称，典型的有美国的Kevlar、俄罗斯的APMOC,均已在多 个型号上得到应用，如前苏联的SS24、SS25洲际导弹。俄罗斯的APMOC纤维生产及其应 用技术相当成熟，APMOC纤维强度比Kevlar高38%、模量高20%，纤维强度转化率已达到75%以上。PBO纤维是美国空军1970年开始作为飞机结构材料而着手研究的产品，具有刚
世界对位芳纶发展分析 发布时间：2012-03-31 来源：中国橡胶网作者：燕丰 一、新产品开发现状 当今，对位芳纶的发展特点是以技术先进性推进应用产品升级换代。杜邦公司开发了一系列的对位芳纶新品种，如超高强型Kevlar129，强度比Kevlar29提高20%，韧性更强；先进性纤维Kevlar K29AP牌号强度比标准的K29纤维强度要高出15%；超高模量型Kevlar149模量较Kevlar49提高25%，而回潮率仅为普通PPTA纤维的25%～50%。同时，还开发了高强高模量的芳纶丝束Kevlar49HS、用于橡胶工业的粘合活化芳纶丝Kevlar Ha、警用防弹衣织物Kevlar Protera的超细芳纶等。此外，杜邦公司还在不断开拓新的应用领域，如开发轻质高强的凯夫拉纤维，提高防护性和功能性。 帝人公司开发了专用于胶管和输送带增强的芳纶丝束Twaron1014和Twaron1015，与标准型号Twaron1008相比，除了力学性能更适用于胶管和输送带的要求外，这两种产品还经过活化处理，应用时只需要一步浸胶即可与橡胶基体粘合良好；Twaron2100是专为传动带开发的芳纶丝束，与标准型Twaron1008相比，它有相当低的模量，改善了耐弯曲和耐压缩疲劳性能，动态性能出色；Twaron2300则专为动力胶管和高性能传动带开发，特点是同时具有高勾结强度和拉伸强度；防弹专用的Twaron1008CT超细芳纶，能显著提高防弹性能；Technora T700纤维抗冲击性能是碳纤维的3倍，模量是芳纶II的2倍，与树脂的粘合力提高10%，可作为碳纤维复合材料的补强材料，改进其抗冲击强度。帝人公司新开发的产品SulfronTM可使轮胎滚动阻力减少20%，意味着燃油消耗减少5%。 德国Acordis公司近期开发出高性能超细对位芳纶，它既不燃烧，也不熔融，还有很高的强度和极大的抗切割能力，主要可用于生产既耐高温又抗切割的各种纺织服装装备。 俄罗斯在杂环芳纶方面也不断开发出新产品，如Artee纤维，其强度高达35cN/dtex，模量200GPa，浸渍环氧树脂后的纤维强度为5.39GPa。 二、世界对位芳纶生产厂家现状 目前，世界对位芳纶的总生产能力约为7.50万t/a，其中杜邦公司是最大的生产企业，生产能力占总生产能力的48.7%；其次是帝人公司，生产能力约占34.7%，其他国家和公司仅有少量生产。主要的生产厂家有美国杜邦公司（生产能力为2.45万吨
芳纶纤维材料及其应用 摘要：本文对芳纶纤维的发展概况，结构性能以及主要应用领域作简单介绍。最后分析一下芳纶纤维的发展前景。 关键词：芳纶纤维材料；芳纶1313；芳纶1414；结构性能；应用；发展前景 Aramid fiber material and its application Abstract：In this paper, the general development of aramid fiber, structure, performance and main application field are introduced.Finally, analysis of the development of the aramid fiber Key words:Aramid fiber material;Aramid 1313; Aramid 1414;Structure performance; Application; Future development 1 芳纶纤维概况 芳纶纤维即芳香族聚酞胺纤维，是以芳香族化合物为原料经缩聚纺丝制得的合成纤维。芳香族聚酰胺纤维首先是由美国杜邦公司于1965年引入市场的。这种间位取向的芳香族聚酰胺纤维称作Nomex。上世纪70年代早期，杜邦公司开发了第二种产品即对位芳香族聚酰胺纤维Kevlar，并且此后一直占据芳纶的首要地位，直到1986年荷兰Akzo公司的Twaron、1987年日本帝人公司的Technora及俄罗斯的ARMOC纤维的出现，才使Kevlar独占体系崩溃。[1] 芳纶纤维工业化的产品有两种：芳纶1313（全称为聚间苯二甲酰间苯二胺纤维）和芳纶1414（全称为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维）。芳纶纤维具有良好的抗冲击和耐疲劳性能，有良好的介电性和化学稳定性，耐有机溶剂、燃料、有机酸及稀浓度的强酸、强碱，耐屈折性和加工性能好。它可用普通织机编织成织物，编织后其强度不低于原纤维强度的90%[2]。 2 芳纶1313 2.1发展情况 芳纶1313最早由美国杜邦公司研制成功并实现工业化生产，产品注册为Nomex（诺美克斯）。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。日本Teijin公司于1974年也成功实现商业化，商品名为Conex ，其主要侧重纤维的开发，除常规纤维品种外，还有染色纤维、高度阻燃稳定纤维Conex FR和耐候性极好的Conex L。另外，还有日本Unitika公司的
植物纤维墙体材料的发展现状及前景展望 环工1002班陈威101306218 摘要简要介绍了植物纤维墙体材料的发展状况，阐述了其对建材业节能环保的重要意义，并对植物纤维墙体材料的应用前景进行了 展望。 关键词植物纤维；墙体材料；节能环保 2l世纪以来，保护环境以及合理、高效地开发与利用资源已成为世界瞩目的热点在我国，随着工业化和城镇化的快速发展，作为典型资源依赖型工业的房屋建筑业在推动国 民经济迅猛发展的同时，由于消耗大量的资源能源，迫使其继续发展受到制约。各类建筑其建造和使用过程中直接消耗的能源占全社会总能耗的近30％。而墙体材料又是建材业的重要组成部分，其产值接近建材工业总产值的1／3，耗能占建材工业总耗能的1／2 左右因此，加速发展节能利废的新型墙体材料，不仅是调整建材_[业能源结构的重要措施而且对改善建筑功能，节约土地具有十分重要的意义。此外，使用新型墙体材料，能提高建筑中的能效，降低能耗，是我国高速发展国民经济的根本需要和实现住宅产业现代化加快城镇化建设的基本要求我国作为农业大国，随着农业连年丰收，秸秆产量也大幅度上升，产量大约为6．5 亿年。农作物废料秸秆等的处理已成为社会问题，除了少部分被当作饲料、肥料等开发利用外，大部分被付之一炬，不仅浪费资源，而且严重危害了自然生态环境。因此，废弃农作物的综合利用意义重大。植物纤维墙体材料的诞生恰好解决了废弃农作物的利用问题，同时又适应了国家建设节能型社会的需求，促进了可循环经济的发展加快了我国高效、低价、环保、实用的节能建筑产品的研发和应用。 1植物纤维墙体材料的特点及来源 植物纤维墙体材料是以植物纤维为原材料的一种新型节能环保生态建筑材料。其特点主要表现在：①原材料可以再生、废弃且无害。②节能利废，改善环境。生产该类材料将尽可能减少矿产资源的过度利用，降低生产能耗，并可大量利用农业废弃物作原料，减少由对其处理处置不当而引发的环境污染。③节约土地。既不毁地(田)取土作原料，又可增加建筑物的使用年限。④可实行清洁化生产。在生产过程中，减少废渣、废水、废气的排放，大幅度降低噪音，实现较高的自动化程度。⑤可再生利用。产品达到其使用寿命后，可再生利用而不污染环境。植物纤维来源广泛，可分为棉纤维、麻纤维、棕纤维、木纤维、竹纤维、草纤维。而用于墙体材料的植物纤维主要来源于木材、竹材和谷壳、秸秆、棉杆、高梁杆、甘蔗渣、玉米芯、花生壳等农作物废弃物。目前，利用农业废弃物生产的主要墙体材料包括麦秸均质板(图1)、纸面草板、植物纤维水泥板、麦秸人造板和秸秆镁质水泥轻质板等。 2植物纤维墙体材料的发展状况 2．1国内植物纤维墙体材料的发展状况与国外相比，我国对植物纤维墙体材料的研究起步较晚。20 世纪80 ～90 年代，利用蔗渣制造硬质纤维板、刨花板的工厂体系在我国南方逐步出现。随着我国建筑业的革新与进步以及建筑节能工作的深入开展，环保利废型墙体材料的生产和应用出现了快速增长的良好局面。以麦秸、稻秸、棉秆等非木质材料作为原料生产制造墙体材料的技术与工艺
我国复合材料行业发展概况 （一）行业现状 1、全球复合材料行业发展分析 复合材料作为一种新材料诞生于二十世纪30 年代。第二次世界大战期间，玻璃钢首先被用于军工产品，并先后在美国、英国、德国、法国、前苏联及日本等国家发展起来。到二十世纪60 年代以后，由于玻璃钢的优异特性，其逐步被应用于民用领域，截止到80 年代初期，玻璃钢品种已经达到35000种以上。此外，从70年代后期，随着高新技术的发展，高硅氧纤维、碳纤维、芳纶纤维等高性能纤维及其复合材料先后得到开发和应用。 此后，全球复合材料工业经历了长期的向上发展，复合材料制品先后进入建筑、化工、航空航天、汽车、风电等重要市场。尤其是进入21 世纪以来，全球复合材料市场快速增长。 2、2012-2015 年全球复合材料市场规模 据JEC 测算，2015 全球复合材料行业总产值约为780亿美元，2016年达到820 亿美元，预计到2021将达到1,030 亿美元。与此同时，2015 年全球复合材料总产量1,040 万吨，2016 达到1,080 万吨，预计到2021 年将达到1,290 万吨，年均增长4%左右。 近年来受全球经济危机及世界各国经济发展进程不同的影响，全球复合材料市场结构正在逐步发生变化，美、日、欧等发达国家和地区复合材料市场相对饱和，增速较为缓慢，而亚太地区长期以来人均复合材料消费水平相对较低，市场潜力巨大，因此近年来保持稳定增长。据中国复合材料工业协会测算，截至到2016年，全球复合材料市场价值总规模约为810亿美元，产量规模约为1,139 万吨，具体市场规模变化情况如下：
3、2016 年全球复合材料市场规模区域分布 根据2016 年3 月法国JEC 集团公布的最新评估报告，2016 全球复合材料市场价值规模约为820 亿美元，其中：亚洲地区产值占比43%（中国大陆地 区产值占比25%）；北美地区产值占比30%；欧洲地区产值占比21%；非洲和中 东地区产值占比4%；南美地区产值占比2%。 北美地区虽然在产量上与欧洲基本持平，但由于其应用市场主要为航空航天、交通运输等领域，产品附加值相对较高，市场规模也大于欧洲地区。而亚洲地区虽然复合材料总产量已达全球总产量的50%，但市场份额却只占全球复合材料市场份额的43%。相对欧美地区而言，亚洲复合材料产值不高，应用领域相对低端，未来发展需要进行产业结构调整，不断提升复合材料产品质量和档次水平。 4、我国复合材料行业发展概况 我国复合材料行业诞生于1958 年，前期发展以北京玻璃钢研究设计院、哈尔滨玻璃钢研究院、上海玻璃钢研究院等一批国家科研院所为主。改革开放之后，我国复合材料产业链上下游不断健全，行业迅速发展壮大，尤其是民营复合材料生产企业如雨后春笋般快速成长。当前复合材料产业特征如下： 产业链整体发展完善。截至到2016 年，我国大陆地区玻璃纤维纱年产量达到362 万吨，占世界总产量的50%以上。在三大玻纤生产企业的带领下，玻璃纤维行业技术实力及产品质量不断提升，玻纤品种已经由普通中碱和无碱纱为主，转变为以无氟无硼高性能玻纤纱为主，并能根据市场和客户需求实现差异化生产和供应。除此之外，国内碳纤维、芳纶纤维生产技术和产量规模正在不断提升，酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂及乙烯基树脂等基体树脂的质量以及工艺
然而，我国对位芳纶纤维的研发起步较晚。因技术研发实力等原因，一直未有规模化生产芳纶1414的企业。而今年以来，苏州兆达特纤科技有限公司在建总投资2.6亿元，年产1000吨对位芳纶技术产业化项目的一期年产500 吨对位芳纶于2010年7月投入运行。 目前全球芳纶产能主要集中在日本和美国、欧洲；生产对位芳纶的厂家主要有美国杜邦公司、日本帝人公司和俄罗斯耐热公司等，前两家公司的年产量分别占世界总产量的55%和40%；仅美国Kevlar纤维目前就有十多个牌号，每个牌号又有数十种规格。 中国从20世纪60年代初开始研究开发间位芳纶生产技术，直到2004年，该项技术才得以攻破，烟台氨纶股份有限公司在国内率先实现间位芳纶的工业化生产，打破了国外公司垄断的局面。到2009年，烟台氨纶股份有限公司的间位芳纶生产能力已达到4300t／a，在世界间位芳纶供应商中列居第二位。除烟台氨纶外，中国苏州圣欧、广东彩艳公司也共有1 000t／a 的间位芳纶生产装置投产，使得中国在全球仅有的6个间位芳纶供应商中占据了3席。间位芳纶的国产化大大拉动了上下游产业的发展。在中国纺织工业加工制造优势明显的背景下，全球间位芳纶产业特别是间位芳纶下游加工业出现了明显向中国转移的趋势。 而随着国内市场需求不断扩大，对位芳纶需求量也与日俱增。据统计，我国每年直接和间接进口对位芳纶及相关制品总额达10亿元人民币，进口量达3000吨，年需求量达5000吨～5500吨，市场潜力巨大。在我国，芳纶纤维的主要用途是光纤补强材料，其次为防弹材料领域。 然而，我国对位芳纶纤维的研发起步较晚。因技术研发实力等原因，一直未有规模化生产芳纶1414的企业。而今年以来，苏州兆达特纤科技有限公司在建总投资2.6亿元，年产1000吨对位芳纶技术产业化项目的一期年产500 吨对位芳纶于2010年7月投入运行；河北硅谷化工公司1000t／a芳纶Ⅱ2006年试车投产，其产品芳纶Ⅱ产品命名为特威纶（Teweil un Fibre）并开始销售。 广东彩艳股份公司研制生产的芳纶Ⅲ是杂环共聚酰胺纤维，其力学性能、复合强度、耐温性能均高于芳纶1414，其中复合强度比芳纶1414高30%以上，可以达到5000Mpa；模量高10%，可以达到145-150GPa以上。 中国纺织工业协会于2007年10月15日在上海市组织和主持了艾麦达纤维科技有限公司“100 吨／年对位芳纶纤维制造中试研究”项目鉴定会。 2010年8月20日上午，中国石化“十条龙”科技攻关项目之一——“对位芳纶的力学性能与结构形态的表征“和“百吨级对位芳纶工业化试验装置成套技术开发”项目在仪化通过了由中国石化科技发展部组织的审查。 河南神马集团有限公司2005年10月成立赛尔项目，开始进行对位芳纶纤维的聚合纺丝及其产业化技术研发，并建设了年产500吨对位芳纶纤维生产线。2007年8月，集团打通
芳纶纤维 摘要：芳纶纤维是一种新型高科技合成纤维，是由美国杜邦公司在2O世纪60年代成功开发并率先产业化的纤维产品。芳纶纤维的问世被认为是材料界发展的一个重要里程碑。由于芳纶纤维具有优良的性能，在我国的航空航天，体育用材料，轮胎，高强绳索等材料中有广泛的应用，因此受到了普遍的关注。本文介绍了芳纶纤维的结构、性能、用途及生产方法,分析了芳纶纤维的国内外发展现状,并对我国发展高性能芳纶纤维提出了几点建议。 关键词:芳纶纤维;结构;性能;用途;生产技术;发展建议 芳纶纤维主要分为对位芳纶纤维(芳纶1414)和间位芳纶纤维(芳纶1313)。芳纶纤维是一种高性能合成纤维，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0．2倍左右。此外，芳纶纤维还具有良好的绝缘性和抗老化性能，其应用领域十分广泛。对位芳纶纤维主要用于橡胶增强制品、防弹织物、复合结构材料、线缆材料、隔热隔声、防辐射结构板等。间位芳纶纤维主要用于电器绝缘纸、阻燃织物、隔热隔声、防辐射结构板、飞行器承力结构材料、烟尘过滤袋等。 1、芳纶纤维结构 芳纶纤维的全称是芳香族聚酰胺纤维, 是一种高强度、高模量、低密度和高耐磨性的有机合成纤维。芳纶分为对位芳纶纤维(PPTA)和间位芳纶纤维( PMIA)两种。聚对苯二甲酰对苯二胺纤维是PPTA最有代表性的一种, 英文全称 AramidFiber ,其化学结构式如下图： 关于芳纶纤维的微观结构,颇具代表性的主要有皮、芯层结构模型,Morgan 等人认为,每一根单纤均具有可区分的皮、芯特征,皮层和芯层具有不同的结构和性能。皮层厚度在0.1-lμm,且表现出类似小云母片的结构形态,在长度方向上则保持结构一致性,而芯层却没有这种结构。阿克苏·诺贝尔公司的科学家van A
芳纶纤维的研究现状及其发展展望 摘要 芳纶纤维是芳香族聚酰胺类纤维的通称，国外商品牌号叫凯芙拉（Kevlar）纤维，我国命名为芳纶纤维。 芳香族聚酰胺纤维最早开发于20世纪60年代初，1962年美国杜邦公司率先研制出商品名为“Nomex”的间位芳纶，并于1967年开始工业化生产；1966年又研制出商品名为“Kevlar”的高性能芳纶，并于1971年开始工业化生产。目前全球从事芳纶1414生产的厂家主要有美国杜邦公司(Kevlar)、日本帝人公(Twaron、Technora)、俄罗斯耐热公司(Pycap)等。 我国芳香族聚酰胺纤维的研制始于20世纪70年代。从上世纪80年代开始，我国还进行了芳纶I(芳纶14)和芳纶Ⅲ(一种新型芳香族共聚酰胺纤维)的研究，但仅限于小试和中试阶段，未能实现规模化生产。多年来，我国一直致力于高性能芳纶国产化、规模化的技术开发。 芳纶纤维是综合性能优异，性价比理想的有机耐高温纤维，在先进复合材料、防弹制品、建材、特种防护服装、电子设备等领域具有广阔的应用前景。芳纶纤维产业将迎来大发展，将成为世界上应用量最大、用途最广的高性能纤维。 关键词：芳纶，生产工艺，市场分析，前景
The Present Situation and The Outlook of Aramid Fiber ABSTRACT Aromatic polyamide fiber is of aramid fiber collectively, foreign goods brand called kay fulla (Kevlar) fiber, our country named aramid fiber. Aromatic polyamide fiber the earliest development in the early 1960s, in 1962 the United States dupont takes the lead in developing a commodity, called "Nomex" between a aramid, and in 1967 started to industrial production; 1966 years and developed the goods, called "Kevlar" high performance of aramid, and in 1971 started to industrial production. Now engaged in the production of aramid 1414 global manufacturer mainly American dupont (Kevlar), Japanese emperor people male (Twaron, Technora), Russia (Pycap) heat. The development of aromatic polyamide fiber in our country the development began in the 1970s. Since the 1980s, China is still the aramid I (aramid 14) and aramid Ⅲ (a new type of aromatic polyamide fiber), but only for small and pilot phase, failed to realize large-scale production. For many years, our country has been committed to the localization of high performance, large scale aramid fiber technology development. Aramid fiber is variety performance is excellent, price ideal organic high temperature resistant fiber, in advanced composite materials, bulletproof products, building materials, special protective clothing, electronic equipment etc has wide application prospects. Aramid fiber industry will have big development, will become the world's largest application , use is the most extensive high performance fibers. KEY WORDS: Aramid, Production process, Market analysis, Prospects
我国芳纶纤维目前生产应用的状况以及存在的问题 近年来，我国一直致力于芳纶纤维国产化、规模化的技术开发，芳纶纤维也被中国化纤工业协会列为“绿灯项目”。但由于芳纶纤维具有重要的战略意义，发达国家对其一直实施技术封锁和有限禁运，导致国内芳纶产业起步晚，多层技术壁垒尚未根本破解，严重制约了产业发展。专家指出，在夹缝中求生存的我国芳纶纤维产业如何集中优势力量抓紧突破国外技术壁垒，提早实现产业化已显得至关重要。 一、芳纶纤维的特性 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N原子和羰基均直接与芳香环中C原子相连接并置换其中的一个H原子的聚合物纤维称为芳香族聚酰胺纤维，我国定名为芳纶纤维。芳纶纤维包括全芳香族聚酰胺纤维和杂环芳香族聚酰胺纤维两大类。而全芳香族聚酰胺纤维中已经实现工业化的纤维，主要是对位芳纶和间位芳纶，这两大类芳纶的主要区别是，酰胺键与苯环上的C原子相连接的位置不同( 如图1)。杂环芳香族纤维是指含有 N，O，S等杂原子的二胺和二酰氯缩聚而成的纤维，如有序结构的杂环聚酰胺纤维等。[1-4] 图1芳纶分子式
芳纶纤维具有超高强度、高模量、耐高温、耐酸碱、质量轻等优良性能，其中比强度是钢的5 ～ 6倍，模量是钢丝和玻璃纤维的2 ～ 3倍，韧性是钢丝的2 倍，而密度仅为钢丝的1 /5 左右。芳纶是综合性能优良、产量最大、应用最广的高性能纤维，在高性能纤维中占有重要的地位，在国防，航空航天，汽车减重节能减排，新能源开发等各方面具有不可替代的作用。[5] 二、芳纶纤维的分类 芳纶主要分为两种：间位芳纶和对位芳纶。 2.1 间位芳纶 间位芳纶，即聚间苯二甲酰间苯二胺纤维，我国称之为芳纶1313。间位芳纶具有长久的热稳定性，这是其最重要的特性，可在200 ℃高温下长期使用不老化，具有极佳的尺寸稳定性。间位芳纶具有本质阻燃性，其极限氧指数值(LOI)＞28 %，在空气中不会自燃、融化，也不会产生熔滴，离焰自熄。间位芳纶的电绝缘性优良，以其制成的绝缘纸耐击穿电压可达20 kV/mm；间位芳纶耐腐蚀性能非常优越，耐辐射的性能也十分优异。此外，间位芳纶还具有低刚性、高延长性，能用常规纺织机械进行加工。 2.2对位芳纶 对位芳纶，即聚对苯二甲酰对苯二胺纤维，我国称之为芳纶1414。对位芳纶最突出的性能是其高强度、高模量和突出的耐热性。对位芳纶的拉伸强度是钢丝的6倍，玻璃纤维和高强尼龙工业丝的2~3倍；拉伸模量是钢丝和玻璃纤维的2~3倍，高强尼龙工业丝的10倍；其密度却只有钢丝的1/5左右。对位芳纶的耐热性能高于间位芳纶，在200 ℃高温下经历上百个小时，仍能保持原强度，在560 ℃高温下不分解、不熔化。此外，对位芳纶还具有良好的抗冲击、耐腐蚀和抗疲劳性能。由于对位芳纶具有以上种种优点，被喻为“防弹纤维”，广泛应用于航空航天、国防军工、个体防护及体育休闲等领域。[6]
纳米材料研究现状及应用前景 摘要：文章总结了纳米粉体材料、纳米纤维材料、纳米薄膜材料、纳米块体材料、纳米复合材料和纳米结构的制备方法，综述了纳米材料的性能和目前主要应用领域，并简单展望了纳米科技在未来的应用。 关键词：纳米材料；纳米材料制备；纳米材料性能；应用 0 引言 自从1984年德国科学家Gleiter等人首次用惰性气体凝聚法成功地制得铁纳米微粒以来，纳米材料的制备、性能和应用等各方面的研究取得了重大进展。纳米材料的研究已从最初的单相金属发展到了合金、化合物、金属无机载体、金属有机载体和化合物无机载体、化合物有机载体等复合材料以及纳米管、纳米丝等一维材料，制备方法及应用领域日新月异。 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料，包括纳米粉体( 零维纳米材料，又称纳米粉末、纳米微粒、纳米颗粒、纳米粒子等) 、纳米纤维( 一维纳米材料) 、纳米薄膜( 二维纳米材料) 、纳米块体( 三维纳米材料) 、纳米复合材料和纳米结构等。纳米粉体是一种介于原子、分子与宏观物体之间的、处于中间物态的固体颗粒，一般指粒度在100nm以下的粉末材料。纳米粉体研究开发时间最长、技术最成熟，是制备其他纳米材料的基础。纳米粉体可用于：高密度磁记录材料、吸波隐身材料、磁流体材料、防辐射材料、单晶硅和精密光学器件抛光材料、微芯片导热基片与布线材料、微电子封装材料、光电子材料、先进的电池电极材料、太阳能电池材料、高效催化剂、高效助燃剂、敏感元件、高韧性陶瓷材料、人体修复材料、抗癌制剂等。纳米纤维指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料，如纳米碳管，可用于微导线、微光纤( 未来量子计算机与光子计算机的重要元件) 材料、新型激光或发光二极管材料等。纳米薄膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒薄膜是纳米颗粒粘在一起，中间有极为细小的间隙的薄膜；致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜。可用于气体催化材料、过滤器材料、高密度磁记录材料、光敏材料、平面显示器材料、超导材料等。纳米块体是将纳米粉末高压成型或控制金属液体结晶而得到的纳米晶粒材料，主要用途为超高强度材料、智能金属材料等。纳米复合材料包括纳米微粒与纳米微粒复合( 0- 0 复合) 、纳米微粒与常规块体复合( 0- 3复
高性能增强材料——芳纶纤维 安源 摘要: 芳族聚酰胺纤维由美国杜邦公司于20世纪60年代首先开发并最早实现工业化生产。该产品可以用做增强材料。介绍芳族聚酰胺纤维的发展、性能、制备及其应用。 关键词：芳纶；性能；制备；应用 1 概述 增强材料就像树木中的纤维，混凝土中的钢筋一样，是复合材料的重要组成部分，并起到非常重要的作用。它不仅能使材料显示出较高的抗张强度和刚度，而且能减少收缩，提高热变形温度和低温冲击强度等。复合材料的性能在很大程度上取决于纤维的性能、含量及使用状态。例如在纤维增强复合材料中，纤维是承受载荷的组元，纤维的力学性能决定了复合材料的性能。 芳纶是芳族聚酰胺纤维的通称,主要分为聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)纤维(芳纶1414)和聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)纤维(芳纶1313)。美国杜邦公司于20世纪60年代首先开发出芳纶1313和芳纶1414 ,并最早实现工业化生产(商品名分别为Nomex和Kevlar)。1987年推出了KevlarHT、Kevlar68和Kevlar149。1986年荷兰阿克苏(Akzo)公司生产出Twaron纤维; 1987年日本帝人公司生产出Technora纤维。而中国于1972年开始进行芳纶的研制工作,并于1981年通过芳纶14的践定,1985年又通过芳纶1414的鉴定,它们分别相当于美国杜邦公司的Kevlar29和Kevlar49。 2 全球芳纶纤维的发展概况 全球芳纶纤维产能主要集中在日本、美国和欧洲，生产芳纶纤维的公司也较为集中，目前全球从事芳纶纤维生产的厂家主要有５个：美国杜邦公司（Kevlar）、日本帝人公司（Twaron、Technora）、俄罗斯卡明斯克化纤股份公司（SVM、Apmoc、Rusar）和特威尔化纤股份公司（SVM、Apmoc）、韩国科隆公司（Kolon），其他国家或公司仅有少量生产。 2009年，全球芳纶纤维生产能力约9.51万t／a，其中对位芳纶纤维产能约6.61万t／ａ，杜邦和帝人二家公司产能合计6.15万t／ａ，占对位芳纶纤维产能的93%；间位芳纶纤维的产能约为2.9万t／ａ，主要的生产公司仍为杜邦公司，产能为全球总产能的75%以上。预测到2015年全球对位芳纶纤维产能可达11.0万t／ａ，问位芳纶的产能为5.2万t／ａ。 2009年全球芳纶纤维的消费量约为7.5万t，其中对位芳纶纤维5.2万t，间位芳纶纤维2.3万t。芳纶纤维的消费区域主要也集中在美国、欧洲和日本。欧洲是世界芳纶纤维的最大消费市场，其消费量占全球总消费量的48%，约为3.6万t；美国消费量占全球36，约2.7万t；日本消费量约占全球11%，约0.8万t；其他地区约0.4万t。随着生产技术的发展以及生产成本的逐步降低，芳纶纤维的消费领域已经逐步从应用于军工和航天领域的特殊材料，发展成为在工业和民用领域有着广泛应用的高性能材料。 3 我国芳纶纤维的基本概况
植物纤维的现状及其发展前景 植物纤维的现状及其发展前景 植物纤维用于复合材料的潜在优势越来越引起人们的注意,它价格低廉,密度小,具有较高的弹性模量,与无机纤维相近,而它的生物 降解性和可再生性是最突出的优点,是其它任何增强材料无法比拟的;另一方面,植物纤维与通用塑料共混制得的塑料是不完全生物降解的,即在微生物作用下,合成高分子仅能被分解为散乱碎片,这种材料使 用后仍会对环境带来负面影响,因而植物纤维在全生物降解、复合材料中得到了重视并迅速发展。国外采用植物纤维改性的复合材料,已经在汽车内部装饰、室内外装修饰材、建筑结构部件等一些领域有 广泛的应用。但国内的研究发展相对较落后,近年来对植物纤维复合材料的研究有了较大的进展,特别是对生物降解材料的复合已成为研究开发的热点。本文综述了植物纤维改性高分子材料的一些性能变化，影响植物纤维复合材料综合性能的因素以及植物纤维的发展前景。 1.不同种类的植物纤维复合材料 植物纤维与高分子材料制备的复合材料中,采用的天然植物纤维主要有麻蕉、黄麻、xx、亚麻、剑麻等麻类材料及木材、竹材、棉 纤维、纸浆纤维等。材料形态主要是纤维态和粉态。麻纤维由于强 度好、可再生等优点,用来增强聚烯烃塑料用于汽车内饰及部件,在 欧洲汽车工业已广泛应用。随着各行各业对环保的关注,用天然麻类纤维与高分子材料制备复合材料的研究较多,而使用木纤维或木粉与高分子材料制备复合材料的研究相对较少。就生物降解材料而言目 前研究较多的是PLA。PLA结晶温度介于170~180℃之间,其力学性 能接近于聚丙烯和聚酯树脂,所以其复合材料具有较高强度,某些性 能接近于天然植物纤维/聚丙烯复合材料。椰纤维和竹纤维同样具有非常好的力学性能,具有较高的韧性,也比较适合作增强材料。
中国芳纶行业市场现状分析 芳纶纤维诞生于20 世纪60 年代末，最初作为宇宙开发材料和重要的战略物资而鲜为人知。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，才逐渐露为人所知。芳纶的全称是“芳香族聚酰胺纤维”，是一类新型的特种用途合成纤维。芳纶中最具实用价值的品种有两个：一是分子链排列呈锯齿状的间位芳纶纤维，我国称之为芳纶1313；一是分子链排列呈直线状的对位芳纶纤维，我国称之为芳纶1414。两者化学结构相似，但性能差异却很大，应用领域各有不同。芳纶1313 具有突出的耐高温、阻燃和绝缘性，成为高性能纤维，主要应用于高温防护服、电绝缘和高温过滤等领域。国内主要用作消防服装（全芳纶），国外更多使用在赛车服，石化电力行业服装等。未来可拓展绝缘领域，如变压器绝缘、电机绝缘等。芳纶1414 则具有高强度高模量的特点，素有高分子材料中的“百变金刚”，主要应用于个体防护、防弹装甲、力学橡胶制品、高强缆绳、石棉替代品。 1、间位芳纶 间位芳纶又被称为“防火纤维”，具有很好的耐高温、阻燃以及绝缘特性，是开发最早、产量最大、应用最广，也是最有发展前途的有机耐高温纤维，主要用于高温防护服、电力行业的绝缘服装以及高污染行业中（水泥钢铁等）的高温烟尘过滤袋。 从全球来看，全球间位芳纶（1313）产能3.2 万吨，供需基本平衡。在国内供求关系方面，我国间位芳纶需求约10000 吨，而国内总产能为8600 吨，产能明显不足。 全球间位芳纶生产商及其产能
作为国内间位芳纶市场的主导者，泰和新材目前占据了60%以上的市场份额，毛利率基本稳定在35%以上。未来供不应求局面将继续维持，主要原因如下：首先，在当前低碳经济和节能环保的大背景下，用于制造高温烟尘过滤袋的间位芳纶需求可能出现大幅增长；用于制造防护服的间位芳纶需求增速也超过30%，而且国内间位芳纶市场还有非常大的开发空间，未来间位芳纶的需求将以10%-15%的增速发展，2012 年将达到11000 吨，供给缺口将进一步加大；其次，对位芳纶行业技术/资金壁垒较高，即是在有技术的前提下，投资周期也要三年以上，投资额约10 亿元/万吨，短期内国内并没有有效的新增产能。 2、对位芳纶 对位芳纶又称“芳纶1414”，是当今世界高性能纤维材料的代表，具有超高强度、高模量、耐高温、阻燃性好、耐候性强、耐酸耐碱、重量轻等优良性能，其力学强度是优质钢材的5-6 倍，模量是钢材或玻璃纤维的2-3 倍，韧性是钢材的2 倍，而重量仅为钢材的1/5。用途比间位芳纶更加广泛，其主要应用领域几乎涵盖了高科技领域的各个方面，主要包括防弹衣、防弹头盔、装甲战车等军事领域以及复合材料如汽车轮胎帘子线、摩擦材料如刹车片、航空航天材料、光缆增强材料等民用领域。因此对位芳纶不仅是重要的战略物资，而且也成为具有战略意义的民用物资。“十二五”期间，对位芳纶作为重要的新材料品种有望受到国家政策的重点支持。 对位芳纶的分子结构 对位芳纶的各项指标都远远高于传统的尼龙纤维和涤纶纤维，并且在几种主
高性能纤维的研究与发展现状 一、高性能纤维定义 高性能纤维是具有特殊的物理化学结构、性能和用途，或具有特殊功能的化学纤维，具有耐强腐蚀、低磨损、耐高温、耐辐射、抗燃、耐高电压、高强度高模量、高弹性、反渗透、高效过滤、吸附、离子交换、导光、导电以及多种医学功能，主要应用于工业、国防、医疗、环境保护和尖端科学各方面。 二、高性能纤维分类 高性能纤维按性能可分为耐腐蚀性纤维、耐高温纤维、抗燃纤维、高强度高模量纤维、功能纤维和弹性体纤维等。 ①耐腐蚀纤维：即含氟纤维。有聚四氟乙烯纤维、四氟乙烯-六氟丙烯共聚纤维、聚偏氯乙烯纤维、乙烯-三氟氯乙烯共聚纤维等。 ②耐高温纤维：有聚间苯二甲酰间苯二胺纤维、聚酰亚胺纤维、聚苯砜酰胺纤维、聚酰胺酰亚胺纤维、聚苯并咪唑纤维等。 ③抗燃纤维:有酚醛纤维、芳香族聚酰胺表面化学处理纤维、金属螯合纤维、聚丙烯腈预氧化纤维等。 ④高强度高模量纤维：有聚苯二甲酰对苯二胺纤维、芳香族聚酰胺共聚纤维、杂环族聚酰胺纤维、碳纤维、石墨纤维、碳化硅纤维等。 ⑤功能纤维:有中空纤维半透膜、活性碳纤维、超细纤维毡、吸
油纤维毡、光导纤维、导电纤维等。 ⑥弹性体纤维：有聚酯型和聚醚型聚氨基甲酸酯纤维、聚丙烯酸酯类纤维、聚对苯二甲酸丁二醇酯纤维等。 三、高性能纤维主要产品及发展现状 按照合成的原料不同，高性能纤维主要分为碳纤维、芳纶纤维、特殊玻璃纤维、超高分子聚乙烯纤维等，其中碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维是当今世界三大高性能纤维。 （一）高性能纤维之一：碳纤维 1、简介 碳纤维是含碳量在95%以上的新型高性能纤维，可用来替代铜、钢铁等金属。它是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。其中聚丙烯腈(PAN)基碳纤维是当今世界碳纤维发展的主流，占世界碳纤维市场的90%以上。 碳纤维比重不到钢的1/4，抗拉强度是钢的7-9倍，具有轻质高强、高模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热等特性，属典型的高新技术产品。目前成熟市场有航空航天及国防领域和体育休闲用品；新兴市场有隔热保温、增强塑料、压力容器、建筑加固、风力发电、摩擦材料、钻井平台等；待开发市场有汽车、医疗器械、新能源等。 2、全球碳纤维概况
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。间位芳酰胺纤维的品种有Nomex、Conex、Fenelon纤维等。美国杜邦生产的Kevlar纤维，目前就有Kevlar一49、Kevlar－29等十多个牌号，每个牌号又有数十种规格的产品。杜邦公司在去年宣布将扩大Kevlar纤维的生产能力，该扩建项目预计在今年年底完工。帝人、赫斯特等芳纶生产的知名企业也不甘示弱，纷纷扩产或联合，并积极开拓市场，希望成为这个朝阳产业的生力军 芳纶纤维在高性能纤维世界中有独特地位。它是强度很高的纤维——以相同重量为基础，是钢材强度的5倍；其另一种卓越性能是极高的比张力模量（抗拉伸）——其韧度是最常用的增强纤维E-玻璃纤维的三倍。 它具有固有的不可燃性，连续使用温度范围极宽，由﹣320。F（﹣196。C）到400。F（204℃）。可耐受超过1000°F（538℃）的材料作有限度接触。 芳纶KEVLAR是杜邦公司独一无二的aramid纤维系列的注册商标，有四种类型的产品出售——芳纶KEVLAR 29、KEVLAR129、KEVLAR 49、KEVLAR 149。 芳纶是用于增强子午线轮胎及其机械用橡胶制品，如软管、输送带及动力传送皮带而专门设计制造的品种。芳纶的工业专门用途，例如绳索、缆绳、防弹织物、涂层织物、