一文讀懂芳綸纖維

一文讀懂芳綸纖維
一、芳綸纖維

芳綸纖維全稱芳香族聚酰胺纖維，是由芳香基團(tuán)和酰胺基團(tuán)組成的線性聚合物,它具有優(yōu)異的力學(xué)性能，穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)，理想的機(jī)械性質(zhì)，具有超高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、耐酸堿、質(zhì)量輕，耐磨損等優(yōu)良性能。

相較于普通柔性聚合物分子鏈，芳綸纖維的主鏈結(jié)構(gòu)主要由苯環(huán)對位而成的棒狀分子結(jié)構(gòu)構(gòu)成。由于大共軛的苯環(huán)存在，分子鏈段難以發(fā)生內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而呈現(xiàn)一種線性剛性結(jié)構(gòu)。這種剛性分子鏈容易形成液晶形態(tài)，實(shí)現(xiàn)高模量。在紡絲過程中，這種結(jié)構(gòu)還可以在有限空間內(nèi)沿纖維取向高密度多層堆疊，使得聚合物有較高的強(qiáng)度。

二、芳綸纖維分類
根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同，芳綸纖維分為對位芳綸、間位芳綸、雜環(huán)芳綸。其中對位芳綸、間位芳綸應(yīng)用范圍較廣。
1、對位芳綸1414
對位芳綸又稱聚對苯二甲酰對苯二胺纖維 (PPTA) 和聚對苯甲酰胺纖維 (PBA)。以對苯二胺和對苯二甲酰氯為單體原料，在N—甲基吡咯烷酮 (NMP)—氯化鈣中，經(jīng)低溫溶液縮聚而得。
主鏈結(jié)構(gòu)主要由苯環(huán)對位而成的棒狀分子結(jié)構(gòu)構(gòu)成，由于大共軛的苯環(huán)存在，分子鏈段難以發(fā)生內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而呈現(xiàn)一種線性剛性結(jié)構(gòu)。
2、間位芳綸1313
間位芳綸也稱為聚間苯二甲酰間苯二胺(PMTA)纖維。以間苯二胺和間苯二甲酰氯為原料，通過聚合反應(yīng)、中和反應(yīng)和紡絲等工藝步驟制得。

相較于對位芳綸，間位芳綸的分子鏈共價(jià)鍵沒有共軛效應(yīng)，分子鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)位能低于對位芳綸，大分子鏈的柔性較對位芳綸強(qiáng)，纖維結(jié)晶度比對位芳綸小。

三、芳綸纖維的性能特點(diǎn)
1、力學(xué)性能
對位芳綸顯著的特性是高強(qiáng)度、高模量，其強(qiáng)度大于25克/旦，是優(yōu)質(zhì)鋼材的5～6倍、玻纖的3倍、高強(qiáng)尼龍工業(yè)絲的2倍；模量是優(yōu)質(zhì)鋼材或玻璃纖維的2～3倍、高強(qiáng)尼龍工業(yè)絲的10倍；韌性是鋼絲的2倍。另外芳綸纖維重量輕，其重量僅為鋼絲的1/5左右。
對位芳綸與其他高強(qiáng)度纖維的性能比較
2、耐熱性能
芳綸纖維具有優(yōu)秀的熱穩(wěn)定性，間位芳綸在130℃時(shí)強(qiáng)度幾乎無損失，可以在220℃使用十年以上，在260℃高溫下100小時(shí)，機(jī)械強(qiáng)度仍保持原來的65%，400℃左右開始碳化而不熔融。對位芳綸的耐熱性更勝間位芳綸一籌，在150℃下的收縮率為0，在560℃的高溫下不分解不熔融。而錦綸和聚酯的強(qiáng)力和模量均隨溫度的升高而下降。
3、阻燃性能
通?？諝庵醒鯕夂繛?1%，而間位芳綸的極限氧指數(shù)大于28%，對位芳綸的極限氧指數(shù)在30%左右，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，不產(chǎn)生熔滴，遇到極高溫度時(shí)，纖維會(huì)迅速膨脹碳化，形成特有的絕熱層，能阻擋外部的熱量傳入內(nèi)部，起到有效的保護(hù)作用。這種源于本身分子結(jié)構(gòu)的固有特性使芳綸永久阻燃，具有“防火纖維”之美稱。
4、耐化學(xué)腐蝕性能
芳綸纖維具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性能，通常只有把芳綸長時(shí)間暴露在濃度相對高的酸或堿溶液中，才會(huì)對芳綸的性能產(chǎn)生顯著影響。并且，芳綸對霉菌或銹蝕不敏感。
5、電絕緣性
芳綸纖維電導(dǎo)率很低，而且由于纖維吸濕性較差，使其在高低溫和高低濕度環(huán)境中均可以保持優(yōu)良的電絕緣性能。用間位芳綸制備的絕緣紙耐擊穿電壓可達(dá)到100kV/mm。對位芳綸的電阻達(dá)到5×1014Ω/cm。由于出色的電絕緣性能，使其在電子電氣領(lǐng)域有著很好的應(yīng)用前景。
除以上介紹的性能之外，芳綸簾線還具有較好的抗老化性、耐磨性以及耐輻射性能等。作為一類高性能材料，芳綸的優(yōu)異性能在不同的領(lǐng)域被開發(fā)應(yīng)用。
四、芳綸纖維的市場應(yīng)用
1、軍事國防領(lǐng)域
芳綸復(fù)合材料可以制造導(dǎo)彈的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼、壓力容器、宇宙飛船駕駛艙、潛艇、防彈裝甲車、防彈運(yùn)鈔車、防彈板、防彈頭盔、防彈衣等。
2、安全防護(hù)領(lǐng)域
個(gè)體防護(hù)裝備的阻燃耐高溫性能是保障人員安全的重要條件。隨著材料科學(xué)技術(shù)及紡織加工技術(shù)的發(fā)展，阻燃防護(hù)服已經(jīng)由暫時(shí)性阻燃整理、半耐久性阻燃整理逐步發(fā)展為耐久性阻燃整理以及本質(zhì)阻燃材料的應(yīng)用。
3、橡膠補(bǔ)強(qiáng)領(lǐng)域
由于橡膠的彈性大，彈性模量較低，在外力作用下極易產(chǎn)生變形，因此很多橡膠制品都必須用纖維材料或金屬材料作為骨架。以芳綸制成的簾子布、線繩、紗線、帆布、整體帶芯、直經(jīng)直緯織物等被用作輪胎、動(dòng)力傳動(dòng)膠帶、物料輸送膠帶、膠管的骨架材料。
4、環(huán)保領(lǐng)域
芳綸具有優(yōu)異的耐熱性、阻燃性和化學(xué)穩(wěn)定性，可在高溫惡劣環(huán)境中長期工作，是加工耐高溫過濾袋的理想材料，用于鋼鐵、水泥、炭黑等空氣污染較重領(lǐng)域的高溫?zé)焿m過濾。
由間位芳綸纖維所織成的非織造布具有非常好的過濾粉塵性質(zhì)，例如：380g/m2的間位芳綸非織造布作為高溫過濾布具有較滌綸布530 g/m2及腈綸布600 g/m2更好的過濾性質(zhì)。在袋式除塵領(lǐng)域，對于間位芳綸濾袋，在廢氣溫度不超過200℃，濕度6%，SO2的含量為100ppm的情況下，使用壽命超過兩年。
5、電子電氣材料領(lǐng)域
（1）天線結(jié)構(gòu)件
（2）特種印刷電路基板
（3）芳綸絕緣紙
（4）光纖
6、 航空航天領(lǐng)域
芳綸可用于制作大型飛機(jī)的二次結(jié)構(gòu)材料，如機(jī)艙門、窗、機(jī)翼、整流罩體表面等，也可以制作機(jī)內(nèi)天花板、倉壁等，可減輕其重量。
7、運(yùn)動(dòng)器材領(lǐng)域
充分利用芳綸耐高溫、耐疲勞等特性，以制作運(yùn)動(dòng)條件苛刻的拳擊手套、登山鞋靴、賽車車體、賽馬頭盔等，還可用于制作球拍、滑雪板、滑雪桿、雪橇、弓箭、弓弦、釣魚竿、風(fēng)箏骨架、高爾夫球棍、賽艇等。
8、其他領(lǐng)域
（1）密封材料
（2）繩索
（3）摩擦材料
（4）建筑材料

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