芳香族聚酰胺纤维生产技术与应用

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。

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。

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。

芳纶纤维的密度芳纶纤维是一种高性能合成纤维，其密度是大约1.39克/立方厘米。

下面将详细介绍芳纶纤维的性质、制备、用途和优缺点。

芳纶纤维是由芳香族聚酰胺制成的合成纤维，其独特的结构和化学性质赋予了它许多优异的特性。

首先，芳纶纤维具有极高的强度和刚度，比普通的纤维强度高出近10倍。

这种强度使得芳纶纤维成为一种出色的增强材料，广泛应用于航空航天、汽车、船舶和建筑等行业的复合材料中。

其次，芳纶纤维具有优异的耐热性能，能够在高温环境下保持稳定性，不熔化或变软。

这使得它成为一种理想的阻燃材料，用于制作防火服、电缆护套和火焰阻隔材料等。

制备芳纶纤维主要有两种方法：溶胶浸渍法和气相聚合法。

溶胶浸渍法是将芳纶聚合物先制备成溶液，然后通过浸渍法将其转化为连续纤维。

这种方法制备的纤维通常具有较好的机械性能和热稳定性，但成本较高。

气相聚合法则是将芳纶原料在高温下进行气相聚合反应，通过拉伸和固化来得到纤维。

这种方法制备的纤维成本较低，但机械性能和热稳定性相对较差。

芳纶纤维具有广泛的应用领域。

其中，一次性防护产品是最常见的应用之一，例如一次性防护服、口罩和手套等。

这是因为芳纶纤维具有独特的抗化学品、酸碱和抗菌性能，能够有效防止物理和化学性危害。

此外，芳纶纤维也广泛用于高性能工业绳索、缆索和加强材料。

由于其轻巧且具有高拉伸强度，所以在运输和建筑工程中得到了广泛应用。

然而，芳纶纤维也存在一些缺点。

首先，芳纶纤维的制造过程较为复杂，需要高温和高压的环境，导致其生产成本较高。

其次，由于芳纶纤维具有非极性的结构，与其他材料之间的结合性较差，制造复合材料时需要使用黏合剂来提高其粘结强度。

此外，芳纶纤维的染色性也较差，必须采用特殊的染色工艺。

综上所述，芳纶纤维是一种具有高强度、耐热性和抗化学性的合成纤维。

它在许多领域具有广泛的应用，例如防火材料、防护产品和高性能复合材料等。

尽管芳纶纤维存在一些缺点，但其独特的特性使得它成为一种重要的功能材料，对现代社会的发展具有重要意义。

芳香族聚酰胺复合材料
芳香族聚酰胺复合材料是以强度高、刚度大的芳香族聚酰胺为基体，添加玻璃纤维、
碳纤维等增强材料制成的一种复合材料。

其力学性能、热稳定性、化学稳定性、耐腐蚀性、电性能等优异特性使得它在航空、航天、国防、汽车、电子、建筑等领域得到广泛应用。

1. 基本特性
芳香族聚酰胺复合材料具有极高的强度和刚度，同时还具有很好的耐热性和耐腐蚀性能。

在高温环境下仍能保持较高的力学性能，不易变形和拉伸断裂。

此外，它也具有低膨
胀系数、良好的电绝缘性能和优异的耐化学性能。

2. 制备工艺
芳香族聚酰胺复合材料的制备通常采用热固化工艺，即将芳香族聚酰胺树脂与玻璃纤维、碳纤维等增强材料混合后，在高温高压条件下进行热固化反应。

随着制备工艺的不断
改进和技术的提升，现在已经能够实现机械成型、预浸料、自动化加工等高效的生产方
式。

3. 应用领域
芳香族聚酰胺复合材料在航空航天领域是最为广泛的应用领域之一，如制造飞机部件、航天器结构件、卫星导向部件等。

此外，在汽车工业中也被广泛应用，如车身、车顶等部件，其耐热、刚性和强度等特性能够满足汽车行驶时的各种要求。

在建筑、电子、医疗等
领域中，芳香族聚酰胺复合材料也具有广泛的应用前景。

4. 发展趋势
芳香族聚酰胺复合材料在未来的发展中，将更加注重生产环保性，提高产品力学性能、耐热性能和化学稳定性能。

同时，还将进一步提高加工效率，开发出更多的应用领域，推
动其产业化进程。

芳纶1414的市场应用、生产技术及当前形势下的建议【作者：lucky】【发布时间：2005/08/11 09:28:37】【字体：大中小】【关闭】1 概述芳香族聚酰胺纤维是最重要的有机合成纤维之一，具有优异的物理机械性能、热氧稳定性、阻燃性及优良的电绝缘性能等。

美国联邦通商委员会把全芳香族聚酰胺定名问Aramid，泛指至少有85%的酰胺键和两个芳环基团连接的线性高分子，由它制造的纤维称为芳香族聚酰胺纤维（Aramid fiber），我国俗称芳纶，如芳纶1313、芳纶1414等，其中的数字表示高分子链节中羰基键和亚胺键与苯环上的碳原子相连接的位置。

它有一系列的产品。

2 芳纶种类及结构2.1 聚间苯二甲酰间苯二胺纤维这是1966年最早出现在市场上的第一种耐高温纤维．当时年生产能力仅为几千吨。

美国杜邦公司称为诺梅克斯Nomex．日本称为康纳克斯Contex，我国称为芳纶1313。

是由芳香族二胺和芳香族二酸缩聚所得全芳香聚酰胺纤维。

缩聚单体为间苯二胺和间苯二甲酰氯。

产品结构式为：2.2聚对苯二甲酰对苯二胺纤维该纤维的商品于1972年问世，初称为纤维B．后改称为凯芙拉(Kevler)，美国杜邦公司1972年公开发表了有关研究专利。

我国称为芳纶1414．制备这种纤维所用聚合物单体为对苯二甲酰氯和对苯二胺，下式为结构式：2.3聚对苯甲酰胺纤维该纤维在我国称为芳纶14．在美国称为凯荚拉49，是继芳纶1414之后研制成功的。

生产纤维单体是对氨基苯甲酸．通过对单体转化成为酰氯或盐酸盐后，在溶剂中低温聚合而得。

聚合式为：2.4 聚对苯二甲配对氨基苯甲酰肼纤维纤维的商品名称是X-500，由美国孟都山公司于七十年代研制成功。

聚合物单体是对苯二甲酰氯和对氨基苯甲酰肼，聚合结构单元为：2.5 全咪唑杂环芳纶SVM为俄罗斯杂环芳纶品种之一，结构式如下：SVM在俄罗斯称为第三代合成纤维，在上世纪70年代初先于Kevlar产业化，性能高于Kevlar 纤维，但价格比Kevlar贵几倍，因而在民用领域难与kevlar竞争，随着军需减少，产量逐年下降。

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。

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 applicationAbstract：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 fiberKey words: Aramid fiber material; Aramid 1313; Aramid 1414; Structure performance; Application; Future development1 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]。

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。

芳香族聚酰胺膜芳香族聚酰胺膜是一种高分子材料，因其独特的性能被广泛应用于各个领域。

本文将对芳香族聚酰胺膜的性能、制备方法、应用以及未来发展进行介绍和分析。

一、芳香族聚酰胺膜的性能芳香族聚酰胺膜具有卓越的机械性能、热稳定性、耐化学性和电性能。

其机械性能表现为高强度、高模量和高韧性，可以承受高温高压和强酸强碱等恶劣环境的腐蚀。

热稳定性表现为可以在高温下长期运行而不会发生分解和变质。

耐化学性表现为对多种有机溶剂和酸碱性物质具有较高的稳定性。

电性能表现为具有良好的电绝缘性和电导率，可用于电子材料和电气绝缘材料等领域。

芳香族聚酰胺膜的制备方法主要有溶液法和熔融法两种。

其中，溶液法是将芳香族聚酰胺溶解于有机溶剂中，制备成膜后再通过蒸发或干燥等方法将有机溶剂去除，得到芳香族聚酰胺膜。

熔融法则是将芳香族聚酰胺在高温下熔融，然后通过挤出或压延等方法制备成薄膜。

三、芳香族聚酰胺膜的应用芳香族聚酰胺膜在各个领域都有广泛的应用。

在电子材料领域，芳香族聚酰胺膜可以作为电容器和电感器等元件的介质材料，具有较高的电绝缘性和电导率。

在航空航天领域，芳香族聚酰胺膜可以作为热障涂层和结构材料等，具有较高的热稳定性和机械性能。

在生物医学领域，芳香族聚酰胺膜可以作为人工器官、组织修复材料和药物缓释载体等，具有良好的生物相容性和生物降解性。

四、芳香族聚酰胺膜的未来发展随着科技的不断进步和人们对高性能材料的需求不断增加，芳香族聚酰胺膜在未来的发展前景广阔。

一方面，可以通过改变其结构、添加功能单体等方法来提高其性能，拓展其应用领域。

另一方面，可以将芳香族聚酰胺膜与其他材料进行复合，形成新型复合材料，进一步提高其性能和应用范围。

芳香族聚酰胺膜是一种具有卓越性能的高分子材料，其制备方法简单，应用广泛，未来发展前景广阔。

相信随着技术的不断创新和应用领域的不断拓展，芳香族聚酰胺膜将会在更多的领域得到应用和发展。