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㈠、了解芳綸纖維
㈡、間位芳綸（芳綸1313）
㈢、對(duì)位芳綸（芳綸1414）
㈣、雜環(huán)共聚芳綸
㈤、芳綸纖維與其它纖維的兩種比較
一、了解芳綸纖維
芳綸的全稱是“芳香族聚酰胺纖維”（英文名Aramid fibers），是一類新型的特種用途的合成材料。其誕生于20世紀(jì)60年代末，最初作為宇宙開(kāi)發(fā)材料和重要的戰(zhàn)略物資而秘不示人。冷戰(zhàn)結(jié)束后，芳綸作為高技術(shù)含量的纖維材料始被大量用于民用領(lǐng)域。
因?yàn)闃?gòu)成纖維的高聚物長(zhǎng)鏈分子中含有酰胺基，所以與錦綸一樣，同屬于聚酰胺類纖維。所不同的是：構(gòu)成錦綸的高聚物大分子中連接酰胺基的是脂肪鏈，而芳香族聚酰胺纖維中連接酰胺基的是芳香環(huán)或芳香環(huán)的衍生物。
由于芳香基取代了脂肪基，分子鏈的柔性減小而剛性增強(qiáng)，反映在纖維性能方面，其耐熱性和初始模量都顯著增大，所以芳香族聚酰胺纖維是目前有機(jī)耐高溫纖維中的主要類別。其中最具實(shí)用價(jià)值的品種有兩個(gè)：
⑴、芳綸1313（分子鏈排列呈鋸齒狀的間位芳綸纖維）；
⑵、芳綸1414（分子鏈排列呈直線狀的對(duì)位芳綸纖維）；
兩者化學(xué)結(jié)構(gòu)相似，但性能差異卻很大，應(yīng)用領(lǐng)域各有不同：芳綸1313以其出色的耐高溫絕緣性，成為高品質(zhì)功能性纖維，而芳綸1414極好的金屬特性使之在高性能纖維中占據(jù)著重要核心地位。
二、間位芳綸（芳綸1313）
芳綸1313最早由美國(guó)杜邦公司研制成功，并于1967年實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，商品名為：Nomex®(美國(guó)杜邦)。這是一種柔軟潔白、纖細(xì)蓬松、富有光澤的纖維，雖外觀與普通化纖并無(wú)二致，卻擁有以下超乎尋常的“特異功能”：
⑴、特性
1、持久的熱穩(wěn)定性：
芳綸1313最突出的特點(diǎn)就是耐高溫性能好，可在220℃高溫下長(zhǎng)期使用而不老化，其電氣性能與機(jī)械性能的有效性可保持10年之久，而且尺寸穩(wěn)定性極佳，在250℃左右的熱收縮率僅為1%，短時(shí)間暴露于300℃高溫中也不會(huì)收縮、脆化、軟化或者融熔，只在370℃以上的強(qiáng)溫下才開(kāi)始分解，400℃左右開(kāi)始碳化，如此高的熱穩(wěn)定性在目前有機(jī)耐溫纖維中是絕無(wú)僅有的。
2、阻燃性（作防火纖維）：
材料在空氣中燃燒所需氧氣體積的百分比叫做極限氧指數(shù)，極限氧指數(shù)越大，其阻燃性能就越好。通�？諝庵醒鯕夂繛�21%而芳綸1313的極限氧指數(shù)大于28%，屬于難燃纖維，所以不會(huì)在空氣中燃燒，也不助燃，有自熄性。這種源于本身分子結(jié)構(gòu)的固有特性使芳綸1313永久阻燃，因此有“防火纖維”之美稱。
3、極佳的電絕緣性：
芳綸1313介電常數(shù)很低，固有的介電強(qiáng)度使其在高溫、低溫、高濕條件下均能保持優(yōu)良的電絕緣性，用其制備的絕緣紙耐擊穿電壓可達(dá)到10萬(wàn)伏/㎜，是全球公認(rèn)的最佳絕緣材料。
4、杰出的化學(xué)穩(wěn)定性：
芳綸1313是由酰胺鍵連接芳基所構(gòu)成的線型大分子，其晶體中，氫鍵在兩個(gè)平面內(nèi)排列成三維結(jié)構(gòu)，這種較強(qiáng)的氫鍵作用使得其化學(xué)結(jié)構(gòu)異常穩(wěn)定，可耐大多高濃無(wú)機(jī)酸及其它化學(xué)品的腐蝕、抗水解作用和蒸汽腐蝕。
5、優(yōu)良的機(jī)械特性：
芳綸1313系柔性高分子材料，低剛度高伸長(zhǎng)特性使之具備與普通纖維相同的可紡性，可用常規(guī)紡機(jī)加工成各種織物或無(wú)紡布，而且耐磨抗撕裂，適用范圍十分廣泛。
6、超強(qiáng)的耐輻射性：
芳綸1313耐α、β、χ射線以及紫外光線輻射的性能十分優(yōu)異。用50Kv的χ射線輻射100小時(shí)，其纖維強(qiáng)度保持原來(lái)的73%，而此時(shí)的滌綸或錦綸早已成了粉末。獨(dú)特而穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)賦予芳綸1313優(yōu)異的性能，通過(guò)對(duì)這些特性加以綜合利用，一系列新功能、新產(chǎn)品不斷地開(kāi)發(fā)出來(lái)，適用領(lǐng)域越來(lái)越廣，普及程度越來(lái)越高。
⑵、應(yīng)用
1、特種防護(hù)服：
芳綸1313織物遇火時(shí)不燃燒、不滴熔、不發(fā)煙，具有優(yōu)異的防火效果。尤其在突遇900-1500℃的高溫時(shí)，布面會(huì)迅速碳化及增厚，形成特有的絕熱屏障，保護(hù)穿著者逃生。若加入少量抗靜電纖維或芳綸1414，可有效防止布料爆裂，避免雷弧、電弧、靜電、烈焰等危害。用芳綸1313有色纖維可制作飛行服、防化作戰(zhàn)服、消防戰(zhàn)斗服及爐前工作服、電焊工作服、均壓服、防輻射工作服、化學(xué)防護(hù)服、高壓屏蔽服等各種特殊防護(hù)服裝，用于航空、航天、軍服、消防、石化、電氣、燃?xì)�、冶金、賽車等諸多領(lǐng)域。除此之外，在發(fā)達(dá)國(guó)家，芳綸織物還普遍用作賓館紡織品、救生通道、家用防火裝飾品、熨衣板覆面、廚房手套以及保護(hù)老人兒童的難燃睡衣等。
2、高溫過(guò)濾材料：
芳綸1313的耐高溫性、尺寸穩(wěn)定性以及耐化學(xué)性，使其在高溫濾材領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。芳綸濾材廣泛用于化工廠、火電廠、碳黑廠、水泥廠、石灰廠、煉焦廠、冶煉廠、瀝青廠、噴漆廠以及電弧爐、油鍋爐、焚化爐的高溫?zé)煹篮蜔峥諝膺^(guò)濾，既能有效除塵，又能抵抗有害煙霧的化學(xué)侵蝕，同時(shí)有助于貴重金屬的回收。
3、蜂巢結(jié)構(gòu)材料：
用芳綸1313結(jié)構(gòu)材料紙可制作仿生型多層蜂巢結(jié)構(gòu)板材，具有突出的強(qiáng)度/重量比和剛性/重量比（約為鋼材的9倍），其質(zhì)量輕、耐沖擊、抗燃絕緣、耐腐蝕耐老化以及良好的透電磁波性等特點(diǎn)，適于制作飛機(jī)、導(dǎo)彈及衛(wèi)星上的寬頻透波材料和大剛性次受力結(jié)構(gòu)部件（如機(jī)翼、整流罩、機(jī)艙內(nèi)襯板、艙門、地板、貨艙和隔墻等），也適合于制作游艇、賽艇、高速列車及其它高性能要求的夾層結(jié)構(gòu)。
三、對(duì)位芳綸（芳綸1414）
芳綸1414與芳綸1313的發(fā)明同步，于上世紀(jì)六十年代末被研制出來(lái)，其商品于1972年首次問(wèn)世，商品名為:Kevlar®(杜邦公司)。
芳綸1414外觀呈金黃色，貌似閃亮的金屬絲線，實(shí)際上是由剛性長(zhǎng)分子構(gòu)成的液晶態(tài)聚合物。由于其分子鏈沿長(zhǎng)度方向高度取向，并且具有極強(qiáng)的鏈間結(jié)合力，從而賦予纖維空前的高強(qiáng)度、高模量和耐高溫特性。
⑴、特性
1、強(qiáng)度：
芳綸1414的發(fā)現(xiàn)被認(rèn)為是材料界發(fā)展的一個(gè)的重要里程碑。芳綸1414有極高的強(qiáng)度，大于28克/旦，是優(yōu)質(zhì)鋼材的5～6倍，模量是鋼材或玻璃纖維的2～3倍，韌性是鋼材的2倍，而重量?jī)H為鋼材的1/5。（芳綸1414的強(qiáng)韌性也使其裁切與加工異常困難，需要昂貴的專用工具）。
2、耐溫性：
芳綸1414的連續(xù)使用溫度范圍極寬：在-196℃至204℃范圍內(nèi)可長(zhǎng)期正常運(yùn)行。在150℃下的收縮率為0，在560℃的高溫下不分解不熔化，耐熱性更勝芳綸1313一籌，且具有良好的絕緣性和抗腐蝕性，生命周期很長(zhǎng)，因而贏得“合成鋼絲”的美譽(yù)。
⑵、應(yīng)用
1、國(guó)防軍工（代表尖端水平的領(lǐng)域）：
為適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)及反恐的需要，美、俄、英、德、法、以色列、意大利等許多國(guó)家軍警的防彈衣、防彈頭盔、防刺防割服、排爆服、高強(qiáng)度降落傘、防彈車體、裝甲板等均大量采用了芳綸1414。在防彈衣中，由于芳綸纖維強(qiáng)度高，韌性和編織性好，能將子彈沖擊的能量吸收并分散轉(zhuǎn)移到編織物的其它纖維中去，避免造成“鈍傷”，因而防護(hù)效果顯著。芳綸防彈衣、頭盔的輕量化，有效地提高了軍隊(duì)的快速反映能力和防護(hù)能力。
2、航空航天
在航空航天方面，芳綸纖維樹(shù)脂基增強(qiáng)復(fù)合材料用作宇航、火箭和飛機(jī)的結(jié)構(gòu)材料，可減輕重量，增加有效負(fù)荷，節(jié)省大量動(dòng)力燃料。如波音飛機(jī)的殼體、內(nèi)部裝飾件和座椅等成功地運(yùn)用了芳綸1414材料，重量減輕了30%。
3、汽車
由于芳綸1414比重小，強(qiáng)度高，耐熱性好，并且對(duì)橡膠有良好的粘附性，所以成為最理想的簾子線纖維。芳綸簾子線可使輪胎降低層薄，減輕重量，容易散熱，減小形變，減輕滾動(dòng)阻力，提升高速運(yùn)轉(zhuǎn)性能，使輪胎的使用壽命相應(yīng)延長(zhǎng)，而且耐刺扎性能大大提高，其強(qiáng)韌的特性使得輪胎漏氣后還能行駛到修車廠而不會(huì)傷及輪胎側(cè)面。芳綸1414特別適合作高速行駛或超重負(fù)載的汽車和飛機(jī)強(qiáng)化型輪胎簾子線使用，具有很大發(fā)展前途。目前世界幾大輪胎巨頭米其林、固特異、倍耐力等公司都已采用芳綸1414作為輪胎簾子線，大量用于高級(jí)轎車領(lǐng)域。
4、土木結(jié)構(gòu)工程：
由于芳綸1414具有輕質(zhì)高強(qiáng)、高彈模、耐腐蝕、不導(dǎo)電和抗沖擊等性能，可用于對(duì)橋梁、柱體、地鐵、煙囪、水塔、隧道及電氣化鐵路、海港碼頭進(jìn)行維修、補(bǔ)強(qiáng)，特別適合對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的加固與修復(fù)。
5、其它：
芳綸1414還可在充氣膠皮制品（如充氣救生筏、充氣舟橋等）、耐腐蝕容器、輕型油罐及大口徑原油排吸管中作骨架材料；用于制作耐高溫、耐切割防護(hù)手套；利用其自潤(rùn)滑性、耐熱性和韌性，可代替有致癌物質(zhì)的石棉制造隔熱防護(hù)屏、防護(hù)衣及密封材料；還可替代石棉和玻璃纖維來(lái)補(bǔ)強(qiáng)樹(shù)脂，用作耐摩擦、絕熱和電絕緣材料；制作艦船繩纜，海底電纜、雷達(dá)浮標(biāo)系統(tǒng)和光導(dǎo)纖維增強(qiáng)繩纜；制造高強(qiáng)度低重量的運(yùn)動(dòng)器材，如滑雪板、劃艇和皮艇等等。
總之：
應(yīng)用場(chǎng)合：凡要求高強(qiáng)度、耐拉伸、抗撕裂、防穿刺及耐高溫的場(chǎng)合，
應(yīng)用領(lǐng)域：機(jī)電、建筑、汽車、海洋水產(chǎn)、體育用品等。
四、雜環(huán)共聚芳綸
雜環(huán)共聚芳綸具有高強(qiáng)高模、出色的機(jī)械性能和優(yōu)越的熱穩(wěn)定性、耐燃性，比普通的對(duì)位芳綸（芳綸1414）具有明顯的優(yōu)越性，是有機(jī)復(fù)合材料尤其是高端硬質(zhì)承力復(fù)合材料中最理想的一種增強(qiáng)材料，適用于固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)外殼、高壓薄壁容器、高壓氣袋、高速旋轉(zhuǎn)體、高級(jí)防護(hù)扳、頭盔、盾牌、防彈衣、降落傘、繩索、天線支撐材料、天線罩、電纜護(hù)套、輪胎、剎車片以及建筑、橡膠、電器、塑料等領(lǐng)域,尤其是環(huán)氧樹(shù)脂基硬質(zhì)增強(qiáng)材料。
基本指標(biāo)：
1．密度： 1.42-1.45 g/cm3
2．顏色： 金黃至褐色
3．最高長(zhǎng)期使用溫度：260-300℃
4．抗氧指數(shù)： 37%以上
5．熱收縮： 400℃熱收縮幾乎為零
6．分解溫度： 530℃以上
7．機(jī)械性能見(jiàn)下表：
|
線密度，Tex |
捻度，
m-1 |
拉斷強(qiáng)力，N |
斷裂伸長(zhǎng)，% |
上膠拉斷強(qiáng)度，Gpa |
復(fù)絲彈性模量，Gpa |
|
A級(jí) |
B級(jí) |
C級(jí) |
|
60
±3% |
40±2 |
126-138 |
2.5-3.5 |
≥4.9 |
≥4.5 |
≥4.2 |
130-145 |
|
90±2 |
133-150 |
2.7-3.7 |
≥4.9 |
≥4.5 |
≥4.2 |
130-145 |
|
100
±5% |
40±2 |
200-230 |
2.5-3.5 |
≥4.9 |
≥4.5 |
≥4.2 |
130-145 |
|
90±2 |
220-250 |
2.7-3.7 |
≥4.9 |
≥4.5 |
≥4.2 |
130-145 |
注:上膠拉斷強(qiáng)度檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)GJB348-87
五、芳綸纖維與其它纖維的兩種比較
1、芳綸纖維與其它纖維力學(xué)指標(biāo)的對(duì)比
|
纖維類型 |
密 度
(g·cm ) |
抗拉強(qiáng)度
（MPa） |
彈性模量
（GPa） |
斷后伸長(zhǎng)率
（%） |
最高工作溫度
（℃） |
|
芳綸 |
1.45 |
2 900～3 400 |
70～140 |
2.8～3.6 |
250 |
|
碳纖維 |
1.78 |
3 500～6 000 |
230～600 |
1.5～2.0 |
500 |
|
E-玻璃纖維 |
2.54 |
3 100～3 800 |
72.5～75.5 |
4.7 |
380 |
|
S-玻璃纖維 |
2.54～2.57 |
4 020～4 650 |
83～86 |
5.3 |
300 |
|
CBF |
2.63 |
3 000～4 840 |
91～110 |
3.1 |
-269～+650 |
2、AFRP纖維與其它FRP片材的力學(xué)性能比較
|
纖維種類 |
厚度(mm) |
設(shè)計(jì)強(qiáng)度(MPa) |
彈性模量(GPa) |
極限應(yīng)變(%) |
|
芳綸纖維 |
0.193 |
2100 |
120 |
1.8 |
|
高強(qiáng)度碳纖維 |
0.111 |
3550 |
235 |
1.5 |
|
高彈模碳纖維 |
0.143 |
2000 |
550 |
0.4 |
|
玻璃纖維 |
0.118 |
1500 |
74 |
2 |
|
PBO纖維 |
0.128 |
3500 |
235 |
1.5 |
|
Dyneema纖維 |
0.258 |
1800 |
60 |
3 |
|
玄武巖纖維 |
0.119 |
2300 |
100 |
2.3 | |
