芳纶纤维的分子式

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]。

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 Aartsen和Nort hoIt于1973 年公布了他们对其公司生产的芳纶纤维(Twaron )结晶结构的基础研究成果。

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。

芳纶概论一，简述凯芙拉，英文原名KEVLAR，也译作克维拉。

是美国杜邦（DuPont）公司研制的一种芳纶纤维材料产品的品牌名，材料原名叫“聚对苯二甲酰对苯二胺”,化学式的重复单位为-[-CO-C6H4-CONH-C6H4-NH-]-接在苯环上的胺基团为对位结构（间位结构为另一项商标名为Nomex的产品，俗称防火纤维）在上世纪60年代，美国杜邦公司研制出一种新型芳纶纤维复合材料----芳纶1414，此芳纶复合材料在1972年正式实现商品化并为该产品注册商标为Kevlar。

型号分为K29，K49，K49AP等。

由于这种新型材料密度低、强度高、韧性好、耐高温、易于加工和成型，其强度为同等质量钢铁的5倍,但密度仅为钢铁的五分之一(Kevlar密度为每立方厘米1.44克,钢铁密度为每立方厘米7.859克),而受到人们的重视。

由于凯夫拉品牌产品材料坚韧耐磨、刚柔相济，具有刀枪不入的特殊本领。

在军事上被称之为"装甲卫士 "。

二，应用反坦克武器的出现，又促使人们改进坦克、装甲车的装甲性能。

通常要提高坦克、装甲车的防护性能，就要增加金属装甲的厚度，这样势必影响它的灵活机动性能。

"凯夫拉"材料的出现使这个问题迎刃而解，坦克、装甲车的防护性能提高到了一个崭新的阶段。

与玻璃钢相比，在相同的防护情况下，用"凯夫拉" 材料时重量可以减少一半，并且"凯夫拉"层压薄板的韧性是钢的3倍，经得起反复撞击。

"凯夫拉"薄板与钢装甲结合使用更是威力无比。

如果采用"钢枣芳纶枣钢"型复合装甲，能防穿甲厚度为700毫米的反坦克导弹，还可防中子弹。

目前，“凯夫拉”层压薄板与钢、铝板的复合装甲，不仅已广泛应用于坦克、装甲车，而且用于核动力航空母舰及导弹驱逐舰，使上述兵器的防护性能及机动性能均大为改观。

"凯夫拉"与碳化硼等陶瓷的复合材料是制造直升飞机驾驶舱和驾驶座的理想材料。

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。

芳纶Ⅲ与芳纶Ⅱ防弹性能研究刘克杰1，高虹2，黄继庆2，黄献聪3，王凤德1,彭涛1（1.中蓝晨光化工研究设计院有限公司，成都610041；2.北京雷特新技术实业公司，北京100074；3.总后勤部军需装备研究所，北京100010）摘要:选用两种不同型号芳纶，通过单向复合工艺分别制造成靶板。

以NIJ ⅢA标准通过弹道试验，测试出两种靶板的弹坑凹陷深度与子弹穿透层数差异，并进一步通过测试两种芳纶S E A值比较其防弹性能差别，结果表明，芳纶Ⅲ抗弹性能比芳纶Ⅱ提高近30%。

最后讨论了纤维力学性能对其防弹性能的影响，指出更高的拉伸强度和断裂伸长率是芳纶Ⅲ抗弹性能更优的主要原因，并预测芳纶Ⅲ的抗弹性能还有进一步提升的空间。

关键词:芳纶Ⅲ；芳纶Ⅱ；防弹性能；研究中图分类号:TQ342.733; TQ342.722 文献标识码: A 文章编号:1007-9815（2014）01-0040-05Study on bulletproof performances of Aramid Ⅲand Aramid ⅡLIU Ke-jie1, GAO Hong2, HUANG Ji-qing2, HUANG Xian-cong3, WANG Feng-de1, PENG Tao1(1.Hing Performance Fiber Section, R & D Center, China Bluestar Chengrand Chemical industry Institue, Cheng Du 610041 China; 2.Beijing Rate New Technology Corporation, Beijing 100074 China; 3.The Quartermaster Equipment Institute of the General Logistics Department, Beijing 100010 China)Abstract: The authors used two different types of Aramid to make into target plate through unidirectional composite process. According to NIJ ⅢA standard, the authors also tested differences of crater dent depth and bullet penetration layers of two kinds of target plate by the ballistic test, and further compared to differences of their bulletproof performances by testing two kinds of Aramid SEA value, the results showed bulletproff performances of Aramid Ⅲnear 30% higher than that of Aramid Ⅱ. Finally, the authors discussed the effect of mechanical properties on the bulletproof performances of fiber, and pointed out that the higher tensile strength and elongation at break are main causes of that the bulletproof performances of aramid Ⅲis better than that of aramid Ⅱ, and predicted that there is still space for further improvement about the bulletproff performances of aramid Ⅲ.Key words: Aramid Ⅲ; Aramid Ⅱ; bulletproff performances; study芳纶Ⅱ又称芳纶1414（D u P on t公司商品名Kev lar®），全称为“聚对苯二甲酰对苯二胺”，最早由美国DuPont公司研制，于1972年实现工业化生产并进入市场。