芳纶纤维材料及其应用.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流芳纶纤维材料及其应用.精品文档. 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

2、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

3、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13132.1发展情况 芳纶1313最早由

4、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Apyeil和俄罗斯的Fenilon纤维。国内广东彩艳股份有限公司与烟台泰和新材料股份有限公司（原烟台氨纶）于20世纪90年代分别通过自主研发和引进俄罗斯技术开发出芳纶1313，现在

5、均已实现产业化生产。目前，国内芳纶1313产业不但实现了自主供应，而且走出国门开始参与国际竞争3。2.2结构与性能芳纶1313是一种柔软洁白、纤细蓬松、富有光泽的纤维，化学名为聚间苯二甲酰间苯二胺，分子结构式见图1，是排列规整的锯齿型大分子。 图1 芳纶1313分子结构式芳纶1313断裂强度0.40.53牛/特，伸长率3050%，回潮率6.5%。其性能优良，具有持久的热稳定性，骄人的阻燃性，极佳的电绝缘性，杰出的化学稳定性，优良的机械特性和超强的耐辐射性4。当然，芳纶1313 的缺点就是耐光性差。2.3芳纶1313 的应用芳纶1313纤维其主要用于宇航，航空以及其他工业部门。其可应用于特种防护

6、服、高温过滤材料、电气绝缘材料、蜂巢结构材料。此外，纯间位芳纶制成的芳纶纸具有高强度、低变形、耐高温、耐化学腐蚀、阻燃和优良的电绝缘性能，广泛应用于国防、航空航天、高速列车和电工绝缘等领域，是一种关系国家安全的高科技新材料5。芳纶纸还广泛应用于影剧院、宾馆等公共场所的隔热阻燃材料，如背景幕、墙纸、聚光灯隔热材料、装饰材料等。3 芳纶14143.1发展情况20世纪60年代，在芳纶1313基础上，美国DuPont公司成功研制出芳纶1414，并于1972年实现了工业化生产，商品名为Kevlar。芳纶1414具有比芳纶1313更好的综合性能，它的出现被认为是材料界发展的一个重要里程碑。荷兰AkzoNo

7、bel公司也于20世纪70年代开始研制芳纶1414，并于1986年实现工业化生产，商品名为Twaron。 2000年日本Teijin公司将Twaron收购，之后先后几次对其进行扩产，目前Twaron已成为Teijin公司的核心新材料产品。此外，韩国Kolon公司于2005年成功产业化生产出芳纶1414，商品名为Hercron。韩国Hyosung公司也于2009年实现了芳纶1414的工业化生产。国内，中蓝晨光化工研究院有限公司经过20多年的研究，于2011年成功建设了1 000 t/a芳纶1414工业生产装置，并同时实现产业化生产，商品名为Staramid 。同样在2011年，烟台泰和新材料公司

8、年产1 000 t芳纶1414长兹产业化项目顺利投产，商品名为Taparan 3。3.2 结构与性能芳纶1414外观呈金黄色，貌似闪亮的金属丝线，实际上是由刚性长分子构成的液晶态聚合物。芳纶1414的化学名为聚对苯二甲酰对苯二胺，分子结构式见图2。 图2 芳纶1414分子结构式由于芳纶1414分子链沿长度方向高度取向，并且具有极强的链间结合力，从而赋予纤维空前的高强度、高模量和耐高温特性、比重小、化学性质稳定等优良性能6。3.3芳纶1414的应用3.3.1运用于航空航天和国防军用领域芳纶1414可应用于航空航天工业中用于制造导弹的固体火箭发动机壳体和用于制作大型飞机的二次结构材料（如机舱门、窗

9、、机翼有关部件、消防服等）、国防工业中的防弹衣、防弹头盔、防刺防割服、排爆服、高弹度降落伞、防弹车体、装甲板等4。3.3.2土木工程混凝土结构的损蚀问题已经引起全世界的日益关注。一些修复技术现已开发，并将对位芳纶纤维用于解决方案中。其中一项广泛采用的技术就是柱包敷加固，即将芳纶纤维包裹在钢筋混凝土柱上。然后进行树脂浸柱和固化。柱包敷加固用于维修老旧和损蚀结构，然后对结构作另外加固。与传统的加固修补技术相比，芳纶纤维材料加固修补技术具有明显的技术优势。主要体现在高效高强，具有良好的耐久性和耐腐蚀性，适用面广这三个方面7。芳纶纤维布在旧桥加固的应用范围比较广，芳纶纤维布在加固构件时，主要用于抵抗拉

10、力，一般用于梁的受拉部位、梁与柱的抗剪部位、柱或桥墩台的围束加固等8。芳纶纤维加固钢筋混凝土刚架拱桥具有工艺简单、施工方便、综合造价低等优点，不失为一种值得推广采用的加固方法。3.3.3制作芳纶1414复合材料当前，轻巧耐用的复合材料正逐渐取代传统材料，对此，对位芳纶纤维发挥了重要作用。增强复合材料对轻量化和损伤容限有着极高的要求，对位芳纶纤维对此起到了不容小觑的作用。芳纶1414复合材料主要应用于航空，航天及其他军事用途，还运用于民用工业领域9。3.3.4新型的耐摩擦材料加入芳纶浆粕和短切纤维可改善刹车片、刹车片衬里、以及离合器摩擦片的性能，从而延长产品使用寿命并提高驾驶的舒适性。尤其是在舒

11、适性方面，芳纶浆粕对减少噪音、振动和不平顺性（NVH）作出了巨大贡献。正是基于这些独特性能，使芳纶浆粕成为世界各地的摩擦产品制造商的首选材料。 由于刹车片的摩擦力减少，使得对所用材料的性能要求进一步加强芳纶纤维产品的优异性能在此再次发挥作用。3.3.5在轮胎行业的应用 由于芳纶具有许多优异性能和耐高低温性能因此可以作为航空轮胎和汽车轮胎良好的帘线材料。芳纶作为轮胎的骨架材料具有很多的优点：轮胎质量小，乘坐舒适性好、滚动阻力低，节油性能提高.是未来绿色环保轮胎的主要材料。另外还有很好的耐刺扎、耐切割性能耐磨性能提高约3%、芳纶轮胎使用过程中接地压力重心移动小，转向性能好，轮胎变形滞后小、生热较低

12、，芳纶帘线模量高，硫化后帘线不收缩，轮胎使用出现的“平点”问题也可以得到强有力的限制，对于有后充气装置的厂家来说，可以节省这方面的费用，而且芳纶轮胎的硫化时间也可以适当减少，提高硫化效率10。4芳纶纤维的发展前景芳纶1313从问世以来，其应用领域与市场需求稳步增长。芳纶1414发明至今，根据市场需要，产品已向高强度、高模量、高伸长的系列化发展。21世纪是新技术新材料时代，也是高科技纤维的时代。随着人们对纺织品使用安全性能要求的提高，芳纶纤维的需求量在不断增长。同时，随着科技进步和世界经济的进一步发展，芳纶纤维还将在更多领域有所应用，芳纶纤维在市场容量和更加复杂的性能方面将会加速发展。世界芳纶工业正迎来一个大发展的机遇6。总结随着社会的发展，芳纶作为一种高性能的纤维，其应用将会越来越广泛。与海外芳纶纤维发展相比，我国的芳纶纤维国产化可以说才刚刚起步。诸如涉及到国防领域，美国杜邦和日本帝人都建立了严格的出口管制制度，几乎不对我国出口能制造防弹衣的高端对位芳纶。由于起步晚，国外公司对核心技术的封锁垄断等原因，目前我国芳纶纤维的技术水平、产品档次及生产能力都与国外发达国家存在着一定的差距。我国要打破外国的芳纶技术垄断和突破生产技术的障碍，就必须全力以赴进行工程技术攻关，研制出具有中国自主知识产权的芳纶技术专利，生产出可与国外同类产品媲美的高性能芳纶纤维，以取得市场的制高点和主动权。