芳纶纤维的制造与应用

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]。

芳纶纤维的分子式一、芳纶纤维简介芳纶纤维是一种聚合物纤维，它具有极高的强度、耐热性和耐化学腐蚀性。

它是由芳香环和酰亚胺基团组成的。

芳纶纤维的分子式是(C14H10N2O2)n，其中n代表重复单元的数量。

二、芳纶纤维的分子式解析分子式 (C14H10N2O2)n 可以分解为四个组成部分，分别是C14H10、N2、O2和n。

下面将对这四个部分进行解析。

1. C14H10C14H10代表芳纶纤维分子中含有14个碳原子和10个氢原子。

C14H10是一个芳香环，由苯环和取代基组成。

苯环是由6个碳原子和 6 个氢原子构成的环状结构。

芳纶纤维中的苯环通过共价键连接在一起，形成一个长链。

2. N2N2代表芳纶纤维分子中含有2个氮原子。

氮原子是芳纶纤维中的酰亚胺基团的组成部分。

酰亚胺基团是由一个碳原子、两个氮原子和一个氧原子构成的。

3. O2O2代表芳纶纤维分子中含有2个氧原子。

氧原子与碳原子和氮原子形成键连接，稳定纤维结构。

4. nn代表芳纶纤维分子中重复单元的数量。

芳纶纤维通过聚合反应形成高分子链，重复单元不断重复连接形成长链结构。

重复单元的数量n决定了芳纶纤维的长度。

三、芳纶纤维的结构与性质芳纶纤维的分子式确定了其特殊的结构和优秀的性质。

芳纶纤维中的芳香环使其具有较高的强度和刚性，适用于许多高强度应用。

酰亚胺基团的存在使芳纶纤维具有良好的耐热性和耐化学腐蚀性。

芳纶纤维的结构和性质主要有以下几个方面：1. 高强度和刚性芳纶纤维由于芳香环的存在，具有较高的强度和刚性。

其强度比钢高5倍，模量比钢高2倍，是一种理想的高强度纤维材料。

芳纶纤维在应用中被广泛用于制造高强度的复合材料，如航空航天领域的复合材料结构件。

2. 耐热性芳纶纤维在高温下仍能保持良好的性能。

其可以在500℃的温度下长时间使用而不熔化，不发生脆性断裂。

这使得芳纶纤维广泛应用于高温环境中，如航空发动机部件、阻燃服装等领域。

3. 耐化学腐蚀性芳纶纤维对酸、碱和有机溶剂等化学物质具有良好的耐腐蚀性。

芳纶及复合材料的应用1、概念芳纶不仅密度小、易于成型，且阻尼性能与抗震性能良好，自由设计程度较高，加工操作便捷，在体育器材加工制造中倍受青睐。

2、芳纶及复合材料在防护设施中的应用体育锻炼或者竞技的开展需要以强有力的防护设施为基础，特别是抗击性运动，即拳击与击剑等体育运动，完善的防护设施是其顺利安全进行的重要条件。

传统防护设施制备主要以橡胶与皮革材料为主，但是在时代与科技推动下，传统防护设施由于体积与重量过大，且透气性差等不足备受诟病。

尤其是高强度体育竞赛中，传统防护设施装备舒适性与防护性较差，在很大程度上影响了体育运动员真实水平的有效发挥，甚至还会威胁到运动员的生命安全。

而利用芳纶及复合材料生产加工体育锻炼或竞技用防护设施，其透气性与防震性较好。

且基于材料高强度与低密度优势，防护设施更能够满足专业水平运动员的体育运动需求。

特别是赛车运动与冰雪运动中，芳纶及复合材料加工制成的防护设施等可高效应对在运动过程中发生的强大冲击与撞击，可切实保护运动事故发生时运动员的人身安全。

3、芳纶及复合材料在乒乓球拍中的应用以往乒乓球拍一般都是利用木质胶合板进行制作，其重量过大，反弹性较差。

而利用芳纶及复合材料加工制造的特种纤维底板可有效弥补以往球拍的缺陷，且在击球动作时，基于材料自身强大的刚性，可确保运动员击打出球的反弹力更大，速度也更快。

此外，在乒乓球拍生产中应用芳纶及复合材料，可优化球拍阻尼防震性能，保障运动员清晰利落的发球手感体验。

4、芳纶及复合材料在网球拍中的应用目前市场上最常见的网球拍多数都是通过碳纤维复合材料制造的，其延展性好，可塑性强，减震性能优异，且类型也多元化。

但是芳纶及复合材料虽延展性相对较差，可密度偏小，减震吸能性能较优，抗冲击性强大，经济性良好，相比更具优势5、芳纶及复合材料在运动帆板中的应用在体育运动中帆板运动的起步较晚，发展时间比较短，尚不成熟，但是在很多发达国家已经举办了各式各样的世界级比赛。

芳纶纤维的研究现状及其发展芳纶纤维，又称为芳纶聚酰胺纤维。

它是一种由聚芳酰胺（aramid）所制成的纤维，具有高强度、高模量、优异的耐热性、抗腐蚀性和耐磨损性等特点。

芳纶纤维广泛应用于防弹材料、防护服装、绝缘材料、航空航天、车辆制造、电子产品和船舶等领域。

现将芳纶纤维的研究现状及发展进行概述。

1.纤维性能的研究：芳纶纤维的研究主要集中在纤维的性能改进和新型纤维的开发上。

近年来，研究人员通过改变芳纶纤维的纺丝工艺和化学结构，提高了其耐热性、力学性能和抗水解性。

同时，研究人员也致力于探索新型芳纶纤维，如改性芳纶纤维、混合纤维和纳米芳纶纤维，以满足不同领域的需求。

2.工艺技术的研究：芳纶纤维的制备过程中，纺丝、拉伸和后处理工艺对纤维性能具有重要影响。

目前，纺丝工艺主要有湿法纺丝法和干法纺丝法。

研究人员通过改变纺丝参数、纺丝溶液组成和纺丝设备，提高了纤维的拉伸性能和热稳定性。

同时，后处理技术也得到了广泛研究，如热固定、改性膜法和表面功能化等，以进一步提高芳纶纤维的性能。

3.应用研究的进展：芳纶纤维在防护领域的应用得到了广泛关注。

特别是在防弹材料和防护服装领域，芳纶纤维展现出了出色的性能。

研究人员对纤维的防弹性能进行了深入研究，并开发了具有更高防护能力的芳纶纤维复合材料。

此外，芳纶纤维在航空航天、车辆制造和电子产品等领域也有广泛应用的前景。

4.环境友好型纤维的研究：在当前环保意识不断增强的背景下，研究人员开始关注环境友好型芳纶纤维的研究。

他们利用可再生资源和新型合成方法，开发出低能耗、低排放的纤维制备技术，减少对环境的影响。

此外，研究人员还致力于研发可生物降解的芳纶纤维，以解决纤维废弃物对环境造成的问题。

总的来说，芳纶纤维的研究现状和发展趋势呈现出多样性，包括纤维性能的改进，工艺技术的研究，应用研究的进展和环境友好型纤维的研发。

随着科学技术的不断进步和需求的不断增长，芳纶纤维有望在更多领域得到广泛应用。

Twaron和Technora性能介绍1.1 芳纶纤维特性及应用芳纶纤维是全芳香族聚酰胺纤维（Aromatic Polyamide Fiber）的通称。

它是二十世纪六、七十年代由美国杜邦（Dupont）公司率先研制开发的一种合成纤维。

根据化学结构不同，芳纶纤维可分为以高强度、高弹性模量为主要特征的对位芳纶和以高强度、耐热性、绝缘性为主要特征的间位芳纶，以及近年来国内研制的芳纶III。

1.1.1 对位芳纶对位芳纶在芳纶纤维中应用最为广泛，主要有两大类产品。

一类为聚对苯甲酰胺纤维（简称PBA纤维），另一类为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维（简称PPTA)。

聚对苯甲酰胺纤维（PBA）为第一代对位芳纶。

在国内被称为芳纶I或芳纶14，在国外又被称为Fiber B，目前应用较少，分子结构如图1所示。

图1 PBA分子结构式聚对苯二甲酰对苯二胺[poly phenylene terephthalamide]纤维，简称PPTA纤维，由对苯二甲酰氯和对苯二胺缩聚而成，采用干喷湿纺的液晶纺丝方法制备成对位芳纶纤维，PPTA的分子式如图2所示，分子链呈直线状排列。

全球范围内的主要品牌有：美国杜邦公司的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、俄罗斯的Terlon纤维、烟台泰和新材的Taparan（泰普龙）纤维。

由于其功能团在苯环的1，4位连接，所以我国称其为芳纶1414，也称为芳纶II。

图2 PPTA分子结构式杜邦公司采用低温溶液缩聚法生产PPTA，即先将一定量的对苯二胺（PPD）溶解在溶剂中，在氮气保护下冷却到-15℃，然后在搅拌下加入对苯二甲酰氯（TPC）。

所用的溶剂为二甲基乙酰胺（DMAc）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、六甲基磷酰胺（HMPA）等酰胺型非质子极性溶剂。

反应一段时间后，将反应产物用水沉析，然后经分离、洗涤、粉碎和干燥得到需要的成纤高聚物。