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            紡材 | 芳綸纖維

            紡材 | 芳綸纖維
            芳綸纖維具有高強度、高模量、耐高溫、耐酸堿、重量輕以及較好的絕緣性和抗老化性等特點,其強度是鋼絲的5倍~6倍,模量為鋼絲或玻璃纖維的2 倍~3倍,韌性是鋼絲的2倍,而重量僅為鋼絲的1/5左右,常被用作制備高性能復合材料的增強體,在高性能纖維中占有重要地位。
            表1 芳綸與其它幾種工業(yè)絲性能對比圖片
            芳綸纖維主要包括全芳香族聚酰胺纖維和雜環(huán)芳香族聚酰胺纖維兩種,可分為鄰位芳綸、對位芳綸( PPTA) 和間位芳綸( PMTA) 三種,其中實現(xiàn)工業(yè)化的產(chǎn)品主要有間位芳綸和對位芳綸兩種。這兩大類芳綸的主要區(qū)別在于酰胺鍵與苯環(huán)上的C 原子的連接位置不同。
            圖1間位芳綸和對位芳綸的分子式

            對位芳綸,即聚對苯二甲酰對苯二胺( PPTA)纖維,我國稱芳綸1414,分子鏈中85% 以上的酰胺鍵直接鍵合在芳香環(huán)上的線性高分子聚合物。對位芳綸主要有美國杜邦的Kevlar 纖維、日本帝人公司的Twaron 和Technora 纖維、煙臺泰和新材的Taparan( 泰普龍) 纖維等。它是世界上首例采用高分子液晶紡絲液制得的纖維,開創(chuàng)了高性能合成纖維的新時代。在現(xiàn)有的高性能纖維中,對位芳綸是綜合性能好的纖維之一,其突出的特點是高強、高模和耐高溫。以凱夫拉( Kevlar) 纖維為例,其強度為鋼絲的3 倍,滌綸工業(yè)絲的4 倍,初始模量為滌綸工業(yè)絲的4 倍~ 10 倍,尼龍的10 倍。幾種對位芳綸的力學性能如表2。
            表2 幾種對位芳綸的力學性能圖片

            對位芳綸具有較高的玻璃化轉變溫度( Tg) 和熱分解溫度( 表3) ,熱穩(wěn)定性好,在高溫下仍能保持較高的強度; 纖維的極限氧指數(shù)( LOI) 較高,阻燃性好。實驗測得對位芳綸在150℃ 下的收縮率為0,260℃高溫下仍可保持原強度的65%,并且短時間暴露在300℃的環(huán)境中,纖維的力學性能幾乎不受影響,低溫下不會發(fā)生脆化和降解。
            表3 對位芳綸的熱性能和燃燒性能

            盡管對位芳綸具有多種優(yōu)異性能,也存在一些不足之處。由于對位芳綸分子間作用力較弱,纖維表面缺少活性基團,導致其壓縮強度和壓縮模量低,纖維與樹脂界面的黏結強度低。對位芳綸分子結構中存在酰胺基等極性基團,纖維吸濕性差,吸濕后,由于水分子的入侵破壞了分子間的氫鍵作用,使纖維強度下降,復合材料的彎曲性能、壓縮性能均降低。此外,對位芳綸不耐強酸、強堿,耐光性、耐紫外性能均較差。
            間位芳綸,即聚間苯二甲酰間苯二甲胺( PMTA)纖維,我國又稱芳綸1313,早是由美國杜邦公司研制成功的Nomex,并于1967 年實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),還有日本帝人的Conex,煙臺泰和新材的Tametar( 泰美達) 等。間位芳綸是有機耐高溫纖維中發(fā)展快的晶種,纖維分子由酰胺基團相互連接間位苯基構成,分子鏈呈線性鋸齒狀,由于分子間具有較強的氫鍵作用,纖維具有優(yōu)異的阻燃性、熱穩(wěn)定性、耐輻射等性能。
            間位芳綸屬難燃纖維,在空氣中不會自燃或融化,離開火焰后會自熄。纖維


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