芳纶纤维
严妍
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芳纶的简介 芳纶的分类 主要的产品及其制备
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芳纶的应用
研究方向
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芳纶纤维
芳纶全称为"芳香族聚酰胺纤维",是一种新型高科 技合成纤维，诞生于20世纪60年代末。有很多品种，如 Aramid fiber（帝人芳纶的商品名为 Twaron，杜邦公司 的商品名为Kevlar），芳纶纤维主要分为对位芳酞胺纤 维(芳纶1414 )和间位芳酞胺纤维(芳纶1313 )。 冷战结束后，芳纶作为高技术含量的纤维材料大量 用于民用领域 。
称为非石棉纤维橡胶垫片，或称为无石棉垫片、代石棉垫片。其主要
增强材料为代石棉纤维、无机纤维、碳/石墨纤维等。
2014-6-6
特点
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。
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芳纶制的绳 防弹衣
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轮胎
芳纶的阻燃布
航空航天和军需工业上的应用
芳纶可用于制作大型飞机 的二次结构材料，如机舱门、 窗、机翼、整流罩体表面等， 也可制作机内天花板、舱壁等，
可减轻其质量。芳纶复合材料
可制造导弹的固体火箭发动机 壳、压力容器、宇宙飞船驾驶
舱、潜艇、防弹装甲车、防弹
n
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突出特点：
耐高温性能好，高温下的强度保持率好、抗氧化 性、耐水性良好等，主要用作耐高温材料。
缺点：强度、模量低。 用途：耐高温防护服、消防服和军服等。
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芳纶1414的制备
PPTA 树脂的合成先将PPDA 溶于含5% CaC12的N-甲基毗咯 烷酮(NMP) 中, 并冷却至-10℃以下, 然后, 通过精密计量装置 将等摩尔的PPDA一NMP溶液和TPC送入双螺杆反应器进行低温溶 液缩聚, 反应生成物经沉析、水洗、干燥后, 即为PPTA 树脂。 制得树脂比浓对数豁度必须大于6.0 (制备高强度纤维的先决条 件) , 其形态结构和灰分含量应符合纺丝的要求(确保顺利纺丝 的关键之一)。
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芳纶1313的制备
间位芳族聚酸胺(PMIA)的聚合主要采用低温聚合、 界面聚合、乳液聚合、气相聚合等方法。 芳纶1313 纤维可以采用干法、温法或干喷湿纺等方 法制备。 美国DuPont 公司的工艺流程是: 溶液聚合→中和→ 干法纺丝→水洗→拉伸→热处理。 日本Teijin 公司的工艺流程是: 界面聚合→聚合物
的 35%。
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芳纶在橡胶工业上的应用
芳纶在橡胶行业中的用量较大，占 芳纶总消耗量的 20 %。以芳纶制成的 帘子布、线绳、纱线、帆布、整体带芯、 直经直纬织物等被用作轮胎、动力传动 胶带、物料输送胶带、胶管的骨架材料。 芳纶短纤维被掺用到轮胎胎面等部件胶 料和 V 带底胶胶料中起补强作用。芳 纶甚至可与树脂结合取代钢丝制成轮胎 胎圈，大大减轻轮胎的质量。以芳纶为 骨架材料的其他橡胶制品也很多，如工 业胶管、汽车胶管和胶带等。
H2N NH2 + ClO C CO Cl HN NH OC CO
n
性能：
1）力学性能：高强度、高模量、密度低、韧性好的特点。 2）耐化学性能：对普通有机溶剂、盐类溶液等具有很好的 耐化学药品性，除了少数几种强酸和强碱外；对紫外线敏 感。 3）热稳定性：高温下不熔，短时间暴露在300oC以上，强 度几乎不发生变化。
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研究方向
主要集中在以下 4 个方面： ⑴ 更高模量。具有 130～170 GPa 的弹性模量， 用于高强度、高刚度的结构复合材料。
⑵ 更高强度。具有 60～90 GPa 的抗拉强度，用
于高强度、中刚度弹性复合材料。 ⑶ 耐更高温度。具有耐 500～600 ℃ 高温的特性。 ⑷ 更多功能。除了具有高模量、高强度、耐高温 特性外，还具有其它功能和特性。
运钞车、防弹板、防弹头盔、
法国飞机上用的芳纶复合材料
防弹衣等。
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在汽车工业上的应用
由于对位芳纶的相对密度小，对橡
胶有良好的粘附性，可供制造高速行驶
或超重负载的汽车和飞机的轮胎帘子线。 这种轮胎质量较轻，轮胎胎层薄，热量
容易发散，使用寿命可以延长。它还可
用于制作汽车上的挡泥板、保险杠、刹 车片、离合器、减振缓冲器和各类软管， 可大大降低车身自重，减少油料消耗。 世界上最大的芳纶市场是汽车制动 系统的摩擦制品，这一部分的芳纶消耗 量约占 2002 年芳纶总产量 3.1 万 t
芳纶制的阻燃布
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在运动器材上的应用
充分利用芳纶耐高温、耐疲劳等特性， 以制作运动条件苛刻的拳击手套、登山鞋靴、 赛车车体、赛马头盔等，还可用于制作网球 拍、滑雪板、滑雪杆、雪橇、弓箭、弓弦、 钓鱼竿、风筝骨架、高尔夫球棍、赛艇等。
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在信息技术产业上的应用
由于 IT 技术的发展，光纤铺设量猛增，全球光纤总长 度 2001 年为 1.6 亿 km，到 2003 年增至 2.0 亿 km。对 位芳纶可用作光缆中的“张力构件（Fension member）” （或称芯捍），有了这种具有高模量性能的张力构件，可保 护细小而脆弱的光纤在受到拉力时不致伸长，从而不使光传 输性能受到损害。 目前用于此张力构件的对位芳纶约 3000～4000 t，据业 者预测，其实际短缺量约4000～5000 t。光纤增强用芳纶在 2000～2001 年成指数增长，达到近 5000 t 的高峰，但 2002 年骤降至 3000 t，目前已稳定，但有迹象表明将再度 增长。
Kevlar纤维制品
Tametar间位芳纶本白短纤
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生产背景
自从石棉被公认为是一种强致癌物质以来，世界许多发达国家已 开始禁用石棉及其制品。美国、日本等国先后研制成功各种系列的非 石棉垫片材料，产品现已推向全世界市场。随着与国际大环境的不断 接轨。非石棉密封材料正为国内各工业部门认可和接收。出于环保和 安全生产的考虑，非石棉垫片的工业应用将会越来越广。 通常将以非石棉纤维为增强材料、以橡胶为弹性基体的位芳纶、邻位芳纶。
也是根据结构划分，如对位就是苯环上的14位置，间位就
是苯环上的13位置，如芳纶14的就是对氨基苯甲酸苯环上1、 4位置的连接，芳纶1414就是前面所说的对位芳纶，芳纶 1313就是前面所说的间位芳纶。 根据聚合单体的种数，如前面所说的芳纶14又叫芳纶I型， 芳纶1414和芳纶1313又叫芳纶II型。当在对苯二甲酸和对苯 二胺、间苯二甲酸和间苯二胺等常见结构加入第三单元单体
用途：航空材料、体育器材、建
筑材料等。其中用作防弹材料是一
个重大飞跃。
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QGF－ 02防弹头盔
（采用我国自行研制的芳纶纤维制造的）
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芳纶1313
全称：聚间苯二甲酰间苯二胺纤维
O O C H N H N n
分子结构式：
C
合成：
H2N
由间苯二甲酰氯与间苯二胺缩聚而成
NH2 + ClO C CO Cl HN NH O C CO
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如4，4’-二氨基二苯醚、5（6）-胺基-2-（4-胺基苯基）
苯并咪唑等得到的芳纶可称为芳纶III型。当第三单元单体 为杂环结构时，人们还常称之为杂环芳纶
2014-6-6
主要品种
芳纶1414（PPTA纤维）全称：聚对苯二甲酰对苯二胺纤维
O O H C N H N n C
分子结构式：
合成：由对苯二甲酰氯与对苯二胺缩聚而成
无石棉芳纶橡胶垫片
2014-6-6
在涂覆织物制品和纺织业上的应用
采用芳纶制作的涂覆织物的 强力和撕裂强度比传统尼龙和聚 酯等胶布材料至少高出 2 倍，伸 长率小得多，且制成品的质量和
厚度有所降低，其耐刺扎、抗紫
外线和阻燃性能好。唯一的缺点 是屈挠性能不及其它有机纤维， 但可以通过调整织物结构得以改 善。
分离→聚合物溶解→湿法纺丝→水洗→拉伸→ 热处理。
2014-6-6
应用领域
(1)先进复合材料:用于航空航天、舰船、汽车工业等； (2)防弹制品:硬质防弹装甲板、软质防弹背心； (3)缆绳； (4)基础设施和建材:芳纶增强混凝土、芳纶增强木材； (5)子午胎、传送带；
(6)应用于特种防护服装；
(7)体育运动器材； (8)电子设备。
2014-6-6
PPTA的溶解性：
只溶于少数强酸性溶剂中，如浓硫酸、氯磺酸和氟代醋酸等。 从工业上考虑，选择浓硫酸作PPTA的溶剂比较适合，浓度为99 ％－100％的浓硫酸对PPTA的溶解性最好。
Kevlar 纤维的制备方法：
Kevlar纤维成型技术是典型的由刚性链聚合物形成液晶性纺丝
溶液，采用杜邦公司发明的干喷湿纺的液晶纺丝方法，制取高强度 高模量纤维。