芳纶纤维

芳纶纤维

摘要：芳纶纤维是一种新型高科技合成纤维，是由美国杜邦公司在2O世纪60年代成功开发并率先产业化的纤维产品。芳纶纤维的问世被认为是材料界发展的一个重要里程碑。由于芳纶纤维具有优良的性能，在我国的航空航天，体育用材料，轮胎，高强绳索等材料中有广泛的应用，因此受到了普遍的关注。本文介绍了芳纶纤维的结构、性能、用途及生产方法,分析了芳纶纤维的国内外发展现状,并对我国发展高性能芳纶纤维提出了几点建议。

关键词:芳纶纤维;结构;性能;用途;生产技术;发展建议

芳纶纤维主要分为对位芳纶纤维(芳纶1414)和间位芳纶纤维(芳纶1313)。芳纶纤维是一种高性能合成纤维，具有超高强度、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0．2倍左右。此外，芳纶纤维还具有良好的绝缘性和抗老化性能，其应用领域十分广泛。对位芳纶纤维主要用于橡胶增强制品、防弹织物、复合结构材料、线缆材料、隔热隔声、防辐射结构板等。间位芳纶纤维主要用于电器绝缘纸、阻燃织物、隔热隔声、防辐射结构板、飞行器承力结构材料、烟尘过滤袋等。

1、芳纶纤维结构

芳纶纤维的全称是芳香族聚酰胺纤维, 是一种高强度、高模量、低密度和高耐磨性的有机合成纤维。芳纶分为对位芳纶纤维(PPTA)和间位芳纶纤维( PMIA)两种。聚对苯二甲酰对苯二胺纤维是PPTA最有代表性的一种, 英文全称 AramidFiber ,其化学结构式如下图：

关于芳纶纤维的微观结构,颇具代表性的主要有皮、芯层结构模型,Morgan 等人认为,每一根单纤均具有可区分的皮、芯特征,皮层和芯层具有不同的结构和性能。皮层厚度在0.1-lμm,且表现出类似小云母片的结构形态,在长度方向上则保持结构一致性,而芯层却没有这种结构。阿克苏·诺贝尔公司的科学家van A

artsen和Nort hoIt于1973 年公布了他们对其公司生产的芳纶纤维(Twaron )结晶结构的基础研究成果。分子与纤维的轴向平行取向,苯环之间的立体位阻现象是造成PPTA 链形分子呈棒状形态的主要原因。次晶结构是一种单相晶体结构,其局部的结晶近乎完全,但是在较长的距离内存在着某些晶体缺陷。Twaron 在纤维轴向上的强度很大(强共价键) 而横向上的强度较小。模型显示分子链是由相对较弱的氢键将它们共同保持在一个方向上,而在另一方向上分子链则是由更弱的范德华力来保持。因磨蚀所产生的纤维原纤化倾向是因缺少强有力的横向键合力所造成的。

2、芳纶纤维的性能

芳酰胺分子链的刚性增大，因而制得的纤维玻璃化温度、耐热性、模量较高。由于芳酰胺分子链结构不同，因而可划分为不同种类的芳纶纤维产品，这些产品的性能、加工方法和用途有着很大的差异。芳纶纤维的结构性能见表1所示。

芳纶1414纤维是一种呈对位排列的刚性高分子材料，其主链结构上的大分子通常呈高度的规则性排列。在其刚性的直线型分子链中，由于存在着较强的共

价键和较弱的氢键，并且在酰胺基中，氧原子和氮原子的电子会产生共轭效应，因此芳纶1414纤维通常具有优异的机械强度、防火、耐高温、耐化学腐蚀、抗疲劳等性能，其强度、模量、分解温度等均明显高于芳纶1313纤维，其物理性能见表2所示。

另外，芳纶1414纤维还具有很好的耐化学品腐蚀性、耐水解性及力学性能，在有机溶剂中，芳纶1414纤维不溶解，只溶于少数强酸溶剂。其强度比一般有机纤维高3倍以上，初始模量是尼龙的lo倍，涤纶的9倍；其相对强度相当于钢的6～7倍，模量约为钢丝和玻璃纤维的2～3倍，而比重只有钢丝的1／5左右。芳纶1414纤维还具有良好的抗冲击、耐疲劳性能，与橡胶有着良好的粘着力；并且耐屈折性和加工性能好，因而可采用普通织机进行机织和编织，其织物的强度一般不会低于原纤维强度的90％，因而是理想的帘子布原料。表3列出了芳纶1414纤维的一些主要物理性能指标，以及与其它高强度纤维的性能比较。

3、芳纶纤维的制备

芳纶纤维主要通过不同的单体原料，以缩聚的方法进行成纤聚合物的合成，最后再通过极性溶剂与干喷一湿纺技术进行液晶纺丝制备而成。成纤芳酰胺由芳酰胺长链大分子组成，通常主要分为以下两类：

(1)以芳香族二胺、芳香族二酸或二酰氯为单体，经界面缩聚、低温溶液缩聚或直接缩聚制得，其分子结构式为：

(2)以芳香族氨基酰氯盐酸盐、芳香族亚硫酰胺酰氯或芳香族氨基羧酸为单体，

经低温溶液缩聚或直接缩聚制得，其分子结构式为：

芳纶纤维种类很多，按性能分，主要分为耐热型和高强高模型；按结构划分，主要分为问位芳纶纤维和对位芳纶纤维，其中聚对苯二甲酰对苯二胺纤维和聚间苯二甲酰问苯二胺纤维是最具代表性的高性能纤维，下面将对这两种芳酰胺聚合物及其纤维的生产技术、制造方法、结构性能等进行介绍。

3.1芳纶1414聚合物及其纤维的制备

3.1.1 芳纶1414聚合物的制备

芳纶1414聚合物(PPTA)用的单体原料主要为对苯二胺和对苯二甲酰氯。由于聚酰胺聚合物的熔融温度高于聚合物的分解温度，所以PPTA的生产不能采用熔融缩聚法，而只能采用溶液缩聚法或界面缩聚法。

(1)界面缩聚法将对苯二胺溶解或分散在水溶剂中，并将对苯二甲酰氯溶解或分散在水或惰性有机溶剂(如三氯甲烷)中，然后将二者合并一起，在低温下快速搅拌数min，使在界面处发生缩聚反应，并使生成的聚合物沉淀析出。然后经过滤、洗涤、干燥处理，即可制得高分子量的PPTA。在反应中如果能够添加少量乳化剂，聚合反应结果将更加理想。

(2)溶液缩聚法以对苯二胺和对苯二甲酰氯

为原料，在低温条件下溶液聚合而成。由于该法对生产工艺条件要求十分严格，因而目前只有少数国家拥有和能够采用该技术进行PPTA的工业化生产。在PPTA聚合物的合成过程中，通常以能够生成聚合物的溶剂作介质，如N，N一二甲基酰氯、N，N一二甲基乙酰胺、N一烃基取代的内酰胺、N一甲基吡咯烷酮以及四甲脲或六甲基磷酸二酰胺等。在溶液缩聚时，将对苯二胺溶解或分散在溶剂中，对苯二甲酰氯则分成若干份陆续添加。达到一定聚合度后，将聚合物从溶剂中沉淀析出。为了尽可能制得高分子量的PPTA聚合物，在生产中最好加入等克分子量的对苯二胺和对苯二甲酰氯组分。通常在聚合反应中，聚合度的高低基本取决于反应物浓度、溶剂的化学成分、盐的存在与否、温度控制与搅拌速率等。

3.1.2芳纶1414纤维的制备

芳纶1414纤维的生产工艺通常可根据纺丝流程的不同分为一步法和两步法。一步法即所谓的直接纺丝法，主要通过溶液缩聚直接进行纺丝。该法是目前最常用的生产方法之一，其优点是生产工艺流程短，成本相对较低；两步法则是先通过制备PP—TA聚合物，然后采用浓硫酸将其聚合物固体溶解成液晶态纺丝原液，最后再经干喷湿纺液晶纺丝技术制备芳纶1414纤维。

3.2芳纶1313聚合物及其纤维的制备

3.2.1 芳纶1313聚合物的制备

(1)界面缩聚法将问苯二胺溶于含有少量醇接收剂(乙胺或碳酸钠)的水中，成为水相；另将间苯二甲酰氯溶于四氢呋喃中，成为有机相；然后在室温下将两相剧烈搅拌，通常缩聚反应是在接触界面上发生，只要几min，反应即可完成；接着加水沉析，将反应产物过滤、洗涤、干燥，即得所需聚合物。

(2)溶液缩聚法在搅拌下将间苯二胺溶于DMF或二甲基乙酰胺(DMA)中，经冷却(在0℃左右)，然后加入间苯二甲酰氯，进行反应，待反应终了，加水沉析，其他步骤同上。

3.2.2 芳纶1313纤维的制备

(1)干纺法：将聚合物溶解于DMF或DMA中，再加人某种氯化物(如LiCl)作助溶剂，制得纺丝原液。经喷丝板纺丝后，因初生纤维表面带有大量无机盐，需经多次水洗，再在300℃左右进行4～5倍牵伸，最后制得芳纶1313长丝或短纤维。

(2)湿纺法：采用DMA为溶剂，将聚合物溶解制得纺丝原液，经喷丝板纺丝后，原丝进入含DMA和CaCl。的凝固液中，得到初生纤维；然后在热水中拉伸2．73倍，并经热辊干燥，在热板上再拉伸1．45倍，即可制得以芳纶1313短纤维为主的成品。

4、芳纶纤维用途

芳纶纤维具有优异的化学稳定性、热稳定性及高强、高模等特性，因此作为性能超群的特种纤维，现已在工业、国防军事、航空航天、电子信息(IT)、交通运输、工程建筑等众多领域得到了广泛的应用。

芳纶1414由于其更加优良的性能，应用也更加广泛。芳纶1414首先被应用于国防军工等尖端领域。为适应现代战争及反恐的需要,美、俄、英、德、法、以色列、意大利等许多国家军警的防弹衣、防弹头盔、防刺防割服、排爆服、高强度降落伞、防弹车体、装甲板等均大量采用了芳纶1414。现在,除了军事领域外,芳纶1414 已作为一种高技术含量的纤维材料被广泛应用于航天航空、机电、建筑、汽车、海洋水产、体育用品等国民经济各个方面。在航空航天方面,芳纶纤维树脂基增强复合材料用作宇航、火箭和飞机的结构材料,可减轻重量,增加有效负荷,节省大量动力燃料。如波音飞机的壳体、内部装饰件和座椅等由于成功地应用了芳纶1414材料,使重量减轻了30%。由于芳纶1414 比重小,强度高,耐热性好,并且对橡胶有良好的粘附性,所以成为最理想的帘子线纤维。除此之外,芳纶141 4 还可在充气胶皮制品(如充气救生筏、充气舟桥等)、耐腐蚀容器、轻型油罐及大口径原油排吸管中作骨架材料;用于制作耐高温、耐切割防护手套;利用其自润滑性、耐热性和韧性,可替代有致癌物质的石棉制造隔热防护屏、防护衣及密封材料;还可替代石棉和玻璃纤维来补强树脂,用作耐摩擦、绝热和电绝

缘材料;制作舰船绳缆,海底电缆、雷达浮标系统和光导纤维增强绳缆;制造滑雪板、划艇和皮艇等高强度低重量的运动器材。总之,在要求材料具有高强度、耐拉伸、抗撕裂、防穿刺及耐高温性能的应用领域,芳纶1414都具有不可替代的优越性。

芳纶纤维的主要应用领域见表4所示。

5、芳纶纤维发展现状及前景

5.1国内外发展现状

1962年美国杜邦公司率先研制出商品名为“Nomex”的芳纶1313纤维，并于1967年开始工业化生产；1966年该公司又开发出商品名为“Kevlar”的芳纶1414纤维，并于1971年开始工业化生产。由于芳纶纤维具有高强度、高模量、耐高温，有着十分广泛的应用领域和发展前景，因此得到了世界各国的广泛关注，如荷兰阿克佐公司、日本帝人和尤尼吉卡公司、俄罗斯全俄合纤院和耐热纺织品公司、德国赫司特公司等先后加入芳纶纤维的开发行列(世界芳纶纤维主要生产厂家见表5所示)，并相继推出了一批性能优异的芳纶纤维产品。

目前全球从事芳纶1414纤维生产的厂家主要有：美国杜邦公司(Kevlar)、荷兰阿克佐公司(Tw—arOn)，日本帝人公司(Technora)，俄罗斯耐热公司(Pycap)等。其中杜邦公司产量排名世界第一，帝人公司排名第二，这两家公司对位芳纶

产量分别占世界总产量的55％和40％左右；此外，德国赫司特公司以及俄罗斯全俄合纤院和耐热公司也有少量生产。值得一提的是，近年来日本帝人积极扩大对位芳纶纤维产量，该公司制定的近期发展战略目标是赶超杜邦公司，尽快成为世界上最大最强的芳纶纤维制造企业。为此，帝人公司于2000年底收购了荷兰阿克佐公司的T西arOn工厂，并于2003年向该收购公司投资1．8亿美元，以扩大其产能；另外还收购了Aco础s公司和Ulnitomo公司合资的日本芳纶公司。

目前全球从事芳纶1313纤维的生产厂家主要有杜邦公司、帝人公司、俄罗斯全俄合纤院和耐热纺织公司，以及日本尤尼吉卡公司等。杜邦公司产量居世界第一，帝人公司居第二，其他公司也有少量的生产。

近年来一些国外厂商十分看好亚洲，尤其是中国市场，美国杜邦公司率先在上海建立了办事处，作为在中国开展Kevlar纤维销售的重要窗口；杜邦公司与日本东丽合作组建了Kevlar纤维生产公司(东丽一杜邦公司)；此外杜邦公司还与帝人公司合作成立了杜邦一帝人先进纤维(香港)公司，联手在亚洲开发“Kevlar”及“Nomex”纤维市场，该公司近期已推出了从一般衣物到工业品用的具有优良物理机械性能的芳纶1414纤维制品。

我国芳纶纤维的研制开发始于上世纪70年代。中科院、清华大学、中国纺大、上海纺研所、中石化燕山石化公司、济南齐鲁化纤集团等单位曾先后开展了芳纶纤维的研究和小试生产。其中，中科院与清华大学先后进行了芳纶纤维理论性研究，上海纺研所、四川晨光研究院，以及上海合成纤维研究所和中国纺大研究机构曾先后开展了芳纶纤维的试生产。

进入90年代以来，国内芳纶纤维研发工作有了很大的进展，原化工部在南通建成了30t／a芳纶1313的生产装置；上海合纤所进行芳纶纤维的抽丝试验；与此同时，中国纺大也开发了间歇聚合纺丝技术。在1998年，烟台纺织总公司开始投资2～3亿元，引进了俄罗斯的成套间位芳纶生产技术和设备，兴建了500t ／a的芳纶1313生产线。

长期以来，芳纶纤维国产化、规模化生产技术一直得到了国内许多化纤企业的关注，国家有关部门先后将芳纶1414纤维成套生产技术的开发列入了国家“九五”和“十五”重点发展项目之中。目前已完成了PPTA成套生产技术的开发，并实现了纤维的中试生产；一些科研机构还通过研究逐渐形成了自主知识产权。经过广大科研人员长期不懈的努力，我国芳纶1313纤维实现了规模化生产，芳纶1414成套技术的开发也取得了突破性的进展，从而为我国芳纶1414纤维国产化、规模化的早日实现奠定坚实的基础。

5.2发展前景

近年来，芳纶纤维产量几乎以年均10％的速度递增。随着高新技术的快速发展及市场需求的扩大，全球芳纶纤维(主要指间位及对位芳纶纤维)产量已超过8．0万t／a。其中，芳纶1414纤维是迄今高性能纤维中产量最大、用途最广的纤维。目前芳纶纤维的总生产能力已达到8．2万t，其中芳纶1414纤维总生产能力已达到5．5万t／a，芳纶1313纤维达2．3万t／a。预计到2010年，间位及对位芳纶纤维的全球总产量将达到10万t／a。目前我国芳纶纤维产量很少，芳纶1313纤维全年只有1000多t／a，而芳纶1414纤维尚未能达到工业化生产阶段。但我国芳纶1414纤维市场需求量则相对较大(>1000t／a)，目前国内需求

主要依赖进口，并且受到诸多限制。预计在今后一段时期内，国内芳纶1414纤维产品仍将依赖于从欧美等国家进口。目前，美国杜邦公司生产的Kevlar短纤在我国市场的售价为250～290元／kg(2.2dex 38～51mm)，长丝价格为620～700元／kg(440dtex)。从全球看，随着生产技术进步及生产厂家的增多，芳纶纤维的生产能力将保持快速增长。同时，随着其应用领域的扩大，特别是随着人们安全意识的日益提高，芳纶纤维必将显示出更大的发展潜力。

5.3技术发展方向

芳纶纤维还存在耐光性差，溶解性能差，抗压性能差，吸湿性偏高等缺陷。为弥补这些不足，可通过接枝共聚、嵌段共聚、共混等改性以及新的合成技术开发新的产品，改性技术的运用将成为今后生产厂家重点研究的课题。

通过共聚，在对位芳香族分子链上引入适当的芳香族杂环，可以进一步提高纤维的强度和模量，这方面的例子有：俄罗斯的Pycap、帝人的Tecnora、Hoechst 的Trevar。另外，通过某些第三、第四单体共聚，可以改善芳纶纤维的综合性能，例如提高耐疲劳性、耐压缩性能等。其次，通过接枝共聚改善其表面性能，例如提高其在复合材料基材中的粘合强度；适当改变聚合加工工艺和纺丝加工工艺(包括后处理)，可以改变纤维的物理结构，提升某种性能，开发出不同等级水平的系列产品，例如高模系列、高强系列等。改进加工工艺的另一个目的是提高生产效率，实现连续型、直纺型生产。值得注意的是，加工工艺改进有时要与芳纶纤维化学结构的改进结合起来，例如通过共聚改进了芳纶纤维的溶解性能，才可能实现缩聚原液直接纺丝工艺。溶剂改进也是一个重要的工作，杜邦公司为了

改进缩聚溶剂，从最初的HMPA到NMP／

CaCl：体系，花费了整整40人·年。

2

目前的溶剂体系中包括了主溶剂(如NMP)、碱土金属或碱金属盐或复盐(如

CaCl

2和／或LiCl)、酸吸收剂(如吡啶类)等。

6.建议

芳纶纤维作为一种新型的高性能纤维,其杰出的物理化学性能越来越受到重视,随着中国环保和劳保政策的推进,芳纶在许多行业有着广阔的应用前景。跨人21 世纪后,高新产业成为世界经济发展的龙头,化纤行业面临结构调整,现就发展高性能芳纶纤维建议如下:

(l) 国家有关部门应从政策方面加以引导,对高性能芳纶的开发和生产予以足够的重视和支持,促进高性能芳纶产业化。

(2)加强与国内原材料生产厂家的合作,积极开发生产稳定的原材料,为芳纶产业化提供坚实的基础。

(3)加强技术创新和合作,强强联合,生产企业应加强和国内外科研部门的合作,借助国内外先进的技术和管理经验,加快芳纶的产业化进程。

(4) 国内生产企业应加强和国内机械制造厂家的联系和合作,提高加工精度和控制水平,以满足芳纶生产设备的需要。

(5)加快芳纶下游产品的研究和开发,以加快市场的开发和满足市场的需要,形成芳纶的产业链。

(6) 生产企业应向规模化、系列化方向发展。切忌走小规模生产的老路,集中资金,实现经济规模,降低成本,才能与进口产品竞争,在国内市场站稳脚跟。

参考文献

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复合材料概论课程论文

芳纶纤维

学院: 纺织服装学院

专业: 纺织工程

班级: 纺织101

姓名: 肖质彬

学号: 3100301126

FRB复合材料

2、FRP复合材料在结构加固工程中应用领域 2.1民用建筑、桥梁及工业厂房 FRP复合材料因其优异的力学性能，在民用建筑及工业厂房的加固中应用很多，主要有：①梁加固。加固的作用包括抗弯和抗剪。在进行抗弯加固时，FRP复合材料的纤维方向与梁的轴向一致，一般贴在梁的受拉侧，已提高梁的承载能力。据有关试验得出，只要该梁不是超筋梁，贴一层AK-60可以提高承载力30%左右，贴两层可以提高40%左右；在进行抗剪加固时，FRP复合材料的纤维方向与梁的轴向垂直； ②板加固。一般对于板的加固净空要求比较高，而且加固后不影响其外观，所以用厚度很薄且柔软的FRP复合材料进行加固是一种理想的选择；③柱加固。芳纶纤维布、玻璃纤维布是比较理想的柱加固材料。因为它们的弹模小，相对于碳纤维（弹模235Gpa），其延性较好；并且，在进行棱角打磨时一般只需要10mm左右，一般不需打磨，而碳纤维则需要30mm左右，若采用芳纶纤维就可以节约很多工时。2.2地铁、隧道 因地铁和隧道是一种在地下工作的结构，所以它的受力与地面结构是不一样的。在洞顶和洞侧，它都有土压力的作用，而且也有净空的要求，所以进行裂缝修补时，传统的加固方法不可行，而用芳纶纤维布（不导电）进行加固维修就可以满足它的各方面要求，因为在地铁或隧道的拱顶或侧壁的裂缝一般是多向且不规则的，这就要求修复材料必须具有良好的抗剪性能，而且还是一种不导电的材料，所以芳纶布在隧道地铁工程中是一种最佳的选择。 2.3烟囱、水塔 由于烟囱水塔这样向高空发展的结构，加固维修特别困难，传统加固方法（如扩大截面法、粘钢法）基本上很难解决这样的问题，而采用轻质高强、耐腐蚀、耐久性能都很好的复合材料（尤其是芳纶纤维）进行加固，就是一种很好的方法。 3、几种加固方法的比较

高性能增强材料——芳纶纤维

高性能增强材料——芳纶纤维 安源 摘要: 芳族聚酰胺纤维由美国杜邦公司于20世纪60年代首先开发并最早实现工业化生产。该产品可以用做增强材料。介绍芳族聚酰胺纤维的发展、性能、制备及其应用。 关键词：芳纶；性能；制备；应用 1 概述 增强材料就像树木中的纤维，混凝土中的钢筋一样，是复合材料的重要组成部分，并起到非常重要的作用。它不仅能使材料显示出较高的抗张强度和刚度，而且能减少收缩，提高热变形温度和低温冲击强度等。复合材料的性能在很大程度上取决于纤维的性能、含量及使用状态。例如在纤维增强复合材料中，纤维是承受载荷的组元，纤维的力学性能决定了复合材料的性能。 芳纶是芳族聚酰胺纤维的通称,主要分为聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)纤维(芳纶1414)和聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)纤维(芳纶1313)。美国杜邦公司于20世纪60年代首先开发出芳纶1313和芳纶1414 ,并最早实现工业化生产(商品名分别为Nomex和Kevlar)。1987年推出了KevlarHT、Kevlar68和Kevlar149。1986年荷兰阿克苏(Akzo)公司生产出Twaron纤维; 1987年日本帝人公司生产出Technora纤维。而中国于1972年开始进行芳纶的研制工作,并于1981年通过芳纶14的践定,1985年又通过芳纶1414的鉴定,它们分别相当于美国杜邦公司的Kevlar29和Kevlar49。 2 全球芳纶纤维的发展概况 全球芳纶纤维产能主要集中在日本、美国和欧洲，生产芳纶纤维的公司也较为集中，目前全球从事芳纶纤维生产的厂家主要有５个：美国杜邦公司（Kevlar）、日本帝人公司（Twaron、Technora）、俄罗斯卡明斯克化纤股份公司（SVM、Apmoc、Rusar）和特威尔化纤股份公司（SVM、Apmoc）、韩国科隆公司（Kolon），其他国家或公司仅有少量生产。 2009年，全球芳纶纤维生产能力约9.51万t／a，其中对位芳纶纤维产能约6.61万t／ａ，杜邦和帝人二家公司产能合计6.15万t／ａ，占对位芳纶纤维产能的93%；间位芳纶纤维的产能约为2.9万t／ａ，主要的生产公司仍为杜邦公司，产能为全球总产能的75%以上。预测到2015年全球对位芳纶纤维产能可达11.0万t／ａ，问位芳纶的产能为5.2万t／ａ。 2009年全球芳纶纤维的消费量约为7.5万t，其中对位芳纶纤维5.2万t，间位芳纶纤维2.3万t。芳纶纤维的消费区域主要也集中在美国、欧洲和日本。欧洲是世界芳纶纤维的最大消费市场，其消费量占全球总消费量的48%，约为3.6万t；美国消费量占全球36，约2.7万t；日本消费量约占全球11%，约0.8万t；其他地区约0.4万t。随着生产技术的发展以及生产成本的逐步降低，芳纶纤维的消费领域已经逐步从应用于军工和航天领域的特殊材料，发展成为在工业和民用领域有着广泛应用的高性能材料。 3 我国芳纶纤维的基本概况

芳纶纤维国内市场结构简析

然而，我国对位芳纶纤维的研发起步较晚。因技术研发实力等原因，一直未有规模化生产芳纶1414的企业。而今年以来，苏州兆达特纤科技有限公司在建总投资2.6亿元，年产1000吨对位芳纶技术产业化项目的一期年产500 吨对位芳纶于2010年7月投入运行。 目前全球芳纶产能主要集中在日本和美国、欧洲；生产对位芳纶的厂家主要有美国杜邦公司、日本帝人公司和俄罗斯耐热公司等，前两家公司的年产量分别占世界总产量的55%和40%；仅美国Kevlar纤维目前就有十多个牌号，每个牌号又有数十种规格。 中国从20世纪60年代初开始研究开发间位芳纶生产技术，直到2004年，该项技术才得以攻破，烟台氨纶股份有限公司在国内率先实现间位芳纶的工业化生产，打破了国外公司垄断的局面。到2009年，烟台氨纶股份有限公司的间位芳纶生产能力已达到4300t／a，在世界间位芳纶供应商中列居第二位。除烟台氨纶外，中国苏州圣欧、广东彩艳公司也共有1 000t／a 的间位芳纶生产装置投产，使得中国在全球仅有的6个间位芳纶供应商中占据了3席。间位芳纶的国产化大大拉动了上下游产业的发展。在中国纺织工业加工制造优势明显的背景下，全球间位芳纶产业特别是间位芳纶下游加工业出现了明显向中国转移的趋势。 而随着国内市场需求不断扩大，对位芳纶需求量也与日俱增。据统计，我国每年直接和间接进口对位芳纶及相关制品总额达10亿元人民币，进口量达3000吨，年需求量达5000吨～5500吨，市场潜力巨大。在我国，芳纶纤维的主要用途是光纤补强材料，其次为防弹材料领域。 然而，我国对位芳纶纤维的研发起步较晚。因技术研发实力等原因，一直未有规模化生产芳纶1414的企业。而今年以来，苏州兆达特纤科技有限公司在建总投资2.6亿元，年产1000吨对位芳纶技术产业化项目的一期年产500 吨对位芳纶于2010年7月投入运行；河北硅谷化工公司1000t／a芳纶Ⅱ2006年试车投产，其产品芳纶Ⅱ产品命名为特威纶（Teweil un Fibre）并开始销售。 广东彩艳股份公司研制生产的芳纶Ⅲ是杂环共聚酰胺纤维，其力学性能、复合强度、耐温性能均高于芳纶1414，其中复合强度比芳纶1414高30%以上，可以达到5000Mpa；模量高10%，可以达到145-150GPa以上。 中国纺织工业协会于2007年10月15日在上海市组织和主持了艾麦达纤维科技有限公司“100 吨／年对位芳纶纤维制造中试研究”项目鉴定会。 2010年8月20日上午，中国石化“十条龙”科技攻关项目之一——“对位芳纶的力学性能与结构形态的表征“和“百吨级对位芳纶工业化试验装置成套技术开发”项目在仪化通过了由中国石化科技发展部组织的审查。 河南神马集团有限公司2005年10月成立赛尔项目，开始进行对位芳纶纤维的聚合纺丝及其产业化技术研发，并建设了年产500吨对位芳纶纤维生产线。2007年8月，集团打通

芳纶纤维复合材料

绵阳职业技术学院 材料系 先进复合材料成型工艺 芳纶纤维增强的先进复合材料制品

目录 1 芳纶纤维增强的先进复合材料的应用 (1) 1.1 概况 (1) 1.2 芳纶品种及性能 (1) 1.3 芳纶纤维产品形态及复合材料的成型方法 (3) 1.4 芳纶纤维复合材料的应用 (3) 2 原材料 (5) 2.1 聚氨酯树脂 (5) 2.2 芳纶纤维 (7) 3 制作工艺 (8) 3.1成形方法的选择 (8) 3.2 芳纶1313 (10) 4 修补及性能检测 (10) 4.1 缺陷 (10) 4.2 芳纶表面改性 (10) 5 参考文献 (13)

先进复合材料成型工艺 芳纶纤维增强的先进复合材料制品 1 芳纶纤维增强的先进复合材料的应用 1.1 概况 目前,先进复合材料的增强材料主要是S高强玻璃纤维非碳纤维和芳纶纤维。前两者介绍文章较多,本文主要针对芳纶复合材料及应用情况作概括介绍。 芳纶纤维是芳香族聚酰胺类纤维的通称。它是一种强度高、模量高、低密度、耐折、耐磨性好的人工合成的有机纤维。据了解,现在美国、荷兰、日本、德国、法国和俄罗斯等国都在开发芳纶纤维。我国也进行了这方面研制并取得了一定成绩。 美国杜邦公司开发的芳纷纤维,商品名“凯芙拉”(K velar)有多种规格出售,年产量已达2t。荷兰阿克苏(AKZO)公司研制的芳纶纤维,商品名“特瓦纶”(Twaron),年产量在5000t以上。日本帝人公司开发的共聚芳纶纤维,商品名“太库诺拉”,年产量为500t以上。德国赫斯特公司(HOECHST)生产芳纶纤维年产量为150t。我国1981年研制成功芳纶I,1985年研制成功芳纶Ⅱ,1994年北京燕山石化公司研究院研制成功溶致液晶全芳香族聚酰胺(PPTA),通过专家鉴定,为今后中石、工业化生产开辟了途径。 在世界范围内,芳纶纤维正以年增长率20%左右的速度发展,并从单一军用向民用转移。芳纶纤维用于汽车及防护用品方面占68%,用于造船业达21%,其余为航空、航天及军用。 1.2 芳纶品种及性能 芳纶纤维,因选择原料的不同及合成工艺不同,又可分为间位芳香族聚酰胺纤维,商品名为“欧梅克斯”(Nomex)对位芳香族聚酰胺纤维,商品名“凯芙拉”（Kevlar)和芳香族聚酰胺共聚纤维,商品名“太库诺拉”等。表1将具有代表性的“凯芙拉”纤维和我国研制的芳纶I、芳纶Ⅱ主要性能列出,同时与S高强玻璃纤维及碳纤维进行比较。 从表1中可以发现芳纶纤维密度最小,拉伸强度与S2玻璃纤维和碳纤维接近,拉伸模量居中。此外,芳纶纤维的热稳定性好,可在180℃下长期使用,短期可耐300℃,对强度无大的影响。在-170℃下也不会变脆,仍保持其性能。芳纶纤维的力学性能在有机纤维中是非常突出的，与无机纤维比也不逊色，芳纶纤维除强酸、强碱外,几乎不受有机溶剂、油类影响。但芳纶纤维对紫外线敏感, 若长期暴露在阳光下，其强度会有很大的损失，因此,在使用中应加保护层。 1

芳纶纤维介绍

芳纶 芳纶(芳族聚酰胺纤维)可能是最知名的特种纤维，由尼龙而来，且与尼龙极其类似。芳纶中含5％直接与两个芳香环相连的酰胺键。著名的品牌，包括杜邦的Nomex和Kevl~，以及日本帝人公司与Kevl~非常相似的Twaron纤维。Kevl~的强度和模量比传统的高强尼龙纤维，分别高2倍和9倍。 Kevlar能够应用于如下领域：防弹材料、复合材料支撑物，振动延续阻滞物、轮胎增强材料，高应力作业下的机械橡胶布、高强低延伸的绳索。Nomex与Kevlar在化学组成上不同，它用异酞酰胺取代对酞酰胺，从而获得有优异耐热性的纤维，在高温条件下有优异的性能。 随着芳纶在安全和强力市场领域应用的深入，市场应用将会缓慢增加，但其量不会显著扩大，问题在于产量／价格／利润之间的相互关系。从Spandex大量上市导致价格下降的经验来看，如果纤维价格下跌20％-50％，纤维的产量将会急剧增加芳纶纤维全称为"聚对苯二甲酰对苯二胺"，英文为Aramid fiber，是一种新型高科技合成纤维，具有超高强度、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。芳纶的发现，被认为是材料界一个非常重要的历史进程。 芳纶的发明:20世纪60年代由美国杜邦（DuPont）公司成功地开发并率先产业化; 芳纶的发展: 在30多年的时间里，芳纶纤维走过了由军用战略物资向民用物资过渡的历程，价格也降低了将近一半。现在国外芳纶无论是研发水平还是规模化生产都日趋成熟。在芳纶纤维生产领域，对位芳酰胺纤维发展最快，产能主要集中在日本和美国、欧洲。如美国杜邦的Kevlar纤维，荷兰阿克苏诺贝尔（Akzo Nobel）公司（已与帝人合并）的Twaron 纤维，日本帝人公司的Technora纤维及俄罗斯的Terlon纤维等。间位芳酰胺纤维的品种有Nomex、Conex、Fenelon纤维等。美国杜邦生产的Kevlar纤维，目前就有Kevlar一49、Kevlar－29等十多个牌号，每个牌号又有数十种规格的产品。杜邦公司在去年宣布将扩大Kevlar纤维的生产能力，该扩建项目预计在今年年底完工。帝人、赫斯特等芳纶生产的知名企业也不甘示弱，纷纷扩产或联合，并积极开拓市场，希望成为这个朝阳产业的生力军 芳纶纤维在高性能纤维世界中有独特地位。它是强度很高的纤维——以相同重量为基础，是钢材强度的5倍；其另一种卓越性能是极高的比张力模量（抗拉伸）——其韧度是最常用的增强纤维E-玻璃纤维的三倍。 它具有固有的不可燃性，连续使用温度范围极宽，由﹣320。F（﹣196。C）到400。F（204℃）。可耐受超过1000°F（538℃）的材料作有限度接触。 芳纶KEVLAR是杜邦公司独一无二的aramid纤维系列的注册商标，有四种类型的产品出售——芳纶KEVLAR 29、KEVLAR129、KEVLAR 49、KEVLAR 149。 芳纶是用于增强子午线轮胎及其机械用橡胶制品，如软管、输送带及动力传送皮带而专门设计制造的品种。芳纶的工业专门用途，例如绳索、缆绳、防弹织物、涂层织物、

对位芳纶纤维及其应用概述_胡延韶

CHINA RUBBER 第27卷第19期 对位芳纶纤维及其应用概述 胡延韶 一、概述 芳香族聚酰胺纤维是最重要的有机合成纤维之一，具有优异的物理机械性能、热氧稳定性、阻燃性及优良的电绝缘性能等。广泛应用于光缆增强、子午线轮胎、轻型复合装甲等领域。我国俗称芳纶，如芳纶1313、芳纶1414等。 目前，芳纶产品主要包括聚间苯二甲酰间苯二胺纤维（简称间位芳纶或芳纶1313）、聚对苯二甲酰对苯二胺纤维（简称对位芳纶、芳纶-II 、芳纶1414）和杂环芳香族聚酰胺纤维（简称芳纶Ⅲ）等品种。 自20世纪60年代，由美国杜邦公司成功开发 出芳纶纤维并率先产业化后，在40多年的时间里，芳纶纤维走过了由军用战略物资向民用物资过渡的历程，在芳纶纤维生产领域，对位芳酰胺纤维发展最快，产能主要集中在日本和美国、欧洲。 二、芳纶1414材料性能、用途、需求状况 1.芳纶1414的性能 对位芳纶于1971年研制成功，次年投入生产。对位芳纶性能中突出特点是高强度和高模量。它的强度为钢的3倍，为强度较高的涤纶工业丝的4 受水分、温度的影响，可以省去用于促进钢丝粘合的专用粘合剂，如钴盐等，胶料的成本低于钢丝用胶料，有资料表明可降低成本约18％。芳纶成品胎胎面柔软，断面宽和同规格的钢丝带束胎相比断面宽显得较大，而整个高度（外直径）显得较小，由于带束层柔软，胎面对地面的移动性和剪切力小，行驶时增大了轮胎与地面的接触面积，胎侧较柔软，缓冲性能好，行驶噪声小，舒适性好。 2.滚动阻力低，节油性能提高。芳纶帘线的动态 模量明显高于聚酯和尼龙帘线，而损耗因子则比聚酯和尼龙低得多，这种高模量、低损耗损失的特性非常适宜于作低滚动阻力高性能轮胎的骨架材料；采用特殊的胎面胶配方，轮胎的滚动阻力大大降低（滚动阻力最大可降低20％），减少能源的消耗，节油性能至少可提高1.5％，进而起到保护环境的作用；优化的胎体、带束设计，减轻了轮胎的重量和惯性，增强了轮胎的抓地力，减少冲击和由于跳跃所产生的振动，使得车辆制动更快、行驶更平稳。 3.很好的耐刺扎、耐切割性能。芳纶轮胎的耐磨 性性能提高约3％。芳纶兼备了材料的刚性和韧性（刚性是钢的4～6倍，韧性是钢的2倍），且分子结构呈现惰性，对化学药品和物理侵蚀有很强的抵抗力，可以提高轮胎的翻新次数，而且带束柔软，角度小，每根帘线长度比胎面接地长度长，轮胎滚动时 移动小，耐磨性好，周向变形小，因此高速性能好，轮胎的使用寿命长。 4.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，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。另外芳纶轮胎的硫化时间也可以适当减少，提高硫化效率。 芳纶作为一种新兴的高性能纤维进入了飞速发展的时期，我国也加紧了芳纶的生产步伐，四川晨光金路公司、山东烟台氨纶股份有限公司等都建立了一定规模的芳纶生产线，随着芳纶生产技术不断发展和产能的不断提高，芳纶的国产化是大势所趋，芳纶价格的也必将会大幅度下降。 基于芳纶轮胎具有节油、生热低、舒适性好、使用寿命长等一系列优点，因此芳纶轮胎的价格无疑会得到提高，据市场预测，以芳纶作带束层的高性能轮胎单胎价格可提高5%～10％，因此即使在目前芳纶价格较高的情况下，芳纶轮胎的经济效益也优于同规格的钢丝胎，对于低宽断面、大直径轮辋、高速度级别的高档胎来说，其经济效益则会更高。随着芳纶价格的降低，经济效益的增加，芳纶帘线在高性能轮胎中的应用将日益广泛。□ 视点·专题 对位芳纶 17··

芳纶纤维材料及其应用

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 application Abstract：In this paper, the general development of aramid fiber, structure, performance and main application field are introduced.Finally, analysis of the development of the aramid fiber Key words:Aramid fiber material;Aramid 1313; Aramid 1414;Structure performance; Application; Future development 1 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1313 2.1发展情况 芳纶1313最早由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

芳纶纤维

芳纶纤维 摘要：芳纶纤维是一种新型高科技合成纤维，是由美国杜邦公司在2O世纪60年代成功开发并率先产业化的纤维产品。芳纶纤维的问世被认为是材料界发展的一个重要里程碑。由于芳纶纤维具有优良的性能，在我国的航空航天，体育用材料，轮胎，高强绳索等材料中有广泛的应用，因此受到了普遍的关注。本文介绍了芳纶纤维的结构、性能、用途及生产方法,分析了芳纶纤维的国内外发展现状,并对我国发展高性能芳纶纤维提出了几点建议。 关键词:芳纶纤维;结构;性能;用途;生产技术;发展建议 芳纶纤维主要分为对位芳纶纤维(芳纶1414)和间位芳纶纤维(芳纶1313)。芳纶纤维是一种高性能合成纤维，具有超高强度、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0．2倍左右。此外，芳纶纤维还具有良好的绝缘性和抗老化性能，其应用领域十分广泛。对位芳纶纤维主要用于橡胶增强制品、防弹织物、复合结构材料、线缆材料、隔热隔声、防辐射结构板等。间位芳纶纤维主要用于电器绝缘纸、阻燃织物、隔热隔声、防辐射结构板、飞行器承力结构材料、烟尘过滤袋等。 1、芳纶纤维结构 芳纶纤维的全称是芳香族聚酰胺纤维, 是一种高强度、高模量、低密度和高耐磨性的有机合成纤维。芳纶分为对位芳纶纤维(PPTA)和间位芳纶纤维( PMIA)两种。聚对苯二甲酰对苯二胺纤维是PPTA最有代表性的一种, 英文全称 AramidFiber ,其化学结构式如下图： 关于芳纶纤维的微观结构,颇具代表性的主要有皮、芯层结构模型,Morgan 等人认为,每一根单纤均具有可区分的皮、芯特征,皮层和芯层具有不同的结构和性能。皮层厚度在0.1-lμm,且表现出类似小云母片的结构形态,在长度方向上则保持结构一致性,而芯层却没有这种结构。阿克苏·诺贝尔公司的科学家van A

复合材料研究及其应用

郑州华信学院毕业论文 课题名称：复合材料研究及其应用 系部：机电工程学院 班级：09机电班 姓名： 指导老师： 时间：2012年3月28日

复合材料研究及其应用 摘要 复合材料是指除机械性能以外而提供其他物理性能的复合材料。如：导电、超导、半导、磁性、压电、阻尼、吸波、透波、磨擦、屏蔽、阻燃、防热、吸声、隔热等凸显某一功能。统称为功能复合材料。功能复合材料主要由功能体和增强体及基体组成。功能体可由一种或以上功能材料组成。多元功能体的复合材料、可以具有多种功能。同时，还有可能由于复合效应而产生新的功能。多功能复合材料是功能复合材料的发展方向。 一、全球复合材料发展概况 复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域，在近几年更是得到了飞速发展。 随着科技的发展，树脂与玻璃纤维在技术上不断进步，生产厂家的制造能力普遍提高，使得玻纤增强复合材料的价格成本已被许多行业接受，但玻纤增强复合材料的强度尚不足以和金属匹敌。因此，碳纤维、硼纤维等增强复合材料相继

问世，使高分子复合材料家族更加完备，已经成为众多产业的必备材料。目前全世界复合材料的年产量已达550多万吨，年产值达1300亿美元以上，若将欧、美的军事航空航天的高价值产品计入，其产值将更为惊人。从全球范围看，世界复合材料的生产主要集中在欧美和东亚地区。近几年欧美复合材料产需均持续增长，而亚洲的日本则因经济不景气，发展较为缓慢，但中国尤其是中国内地的市场发展迅速。据世界主要复合材料生产商PPG公司统计，2000年欧洲的复合材料全球占有率约为32%，年产量约200万吨。与此同时，美国复合材料在20世纪90年代年均增长率约为美国GDP增长率的2倍，达到4%~6%。2000年，美国复合材料的年产量达170万吨左右。特别是汽车用复合材料的迅速增加使得美国汽车在全球市场上重新崛起。亚洲近几年复合材料的发展情况与政治经济的整体变化密切相关，各国的占有率变化很大。总体而言，亚洲的复合材料仍将继续增长，2000年的总产量约为145万吨，预计2005年总产量将达180万吨。 从应用上看，复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。2000年美国汽车零件的复合材料用量达14.8万吨，欧洲汽车复合材料用量到2003年估计可达10.5万吨。而在日本，复合材料主要用于住宅建设，如卫浴设备等，此类产品在2000年的用量达7.5万吨，汽车等领域的用量仅为2.4万吨。不过从全球范围看，汽车工业是复合材料最大的用户，今后发展潜力仍十分巨大，目前还有许多新技术正在开发中。例如，为降低发动机噪声，增加轿车的舒适性，正着力开发两层冷轧板间粘附热塑性树脂的减振钢板；为满足发动机向高速、增压、高负荷方向发展的要求，发动机活塞、连杆、轴瓦已开始应用金属基复合材料。为满足汽车轻量化要求，必将会有越来越多的新型复合材料将被应用到汽车

芳纶纤维概述

芳纶纤维 凡聚合物大分子的主链由芳香环和酰胺键构成，且其中至少85%的酰胺基直接键合在芳香环上，每个重复单元的酰胺基中的氮原子和羰基均直接与芳香环中的碳原子相连接并置换其中的一个氢原子的聚合物称为芳香族聚酰胺纤维，我国定名为芳纶纤维。 芳纶纤维有两大类：全芳族聚酰胺纤维和杂环芳族聚酰胺纤维。全芳族聚酰胺纤维主要包括对位的聚对苯二甲酰对苯二胺和聚对苯甲酰胺纤维、间位的聚间苯二甲酰间苯二胺和聚间苯甲酰胺纤维、共聚芳酰胺纤维以及如引入折叠基、巨型侧基的其它芳族聚酰胺纤维。杂环芳族聚酰胺纤维是指含有氮、氧、硫等杂质原子的二胺和二酰氯缩聚而成的芳纶纤维，如有序结构的杂环聚酰胺纤维等。1、聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）纤维 PPTA纤维是芳纶在复合材料中应用最为普遍的一个品种。中国于80年代中期试生产此纤维，定名为芳纶1414（芳纶II）。芳纶纤维具有优异的力学、化学、热学、电学等性能。PPTA纤维具有高拉伸强度、高拉伸模量、低密度、优良吸能性和减震、耐磨、耐冲击、抗疲劳、尺寸稳定等优异的力学和动态性能；良好的耐化学腐蚀性；高耐热、低膨胀、低导热、不燃、不熔等突出的热性能以及优良的介电性能。

2、聚对苯甲酰胺（PBA）纤维 中国于80年代初期曾试生产此纤维，定名为芳纶14（芳纶I）。芳纶I的拉伸强度比芳纶II低约20%，但拉伸模量却高出50%以上。芳纶I热老化性能好，这些性能用作某些复合材料的增强剂是很有利的。 3、芳纶共聚纤维 采用新的二胺或第三单体合成新的芳纶是提高芳纶纤维性能的重要途径。 （1）对位芳酰胺共聚纤维它是由对苯二甲酰氯与对苯二胺及第三单体3，4'-二氨基二苯醚在N，N'-二甲基乙酰胺等溶剂中低温缩聚而成的。共聚物溶液中和后直接进行湿法纺丝和后处理而得的各种产品。 （2）聚对芳酰胺苯并咪唑纤维一般认为它们是在原PPTA的基础上引入对亚苯基苯并咪唑类杂环二胺，经低温缩聚而成的三元构聚芳酰胺体系，纺丝后再经高温热拉伸而成。 ◆芳纶纤维的应用 1、先进复合材料：（1）航空航天领域；（2）舰船中的应用；（3）汽车工业。 2、防弹制品：（1）硬质防弹装甲板；（2）软质防弹背心。

芳纶

高性能纤维及制品 ——芳纶 班级：纺贸0902班 姓名：陈媛 学号：090400618

芳纶纤维 一、芳纶的简介 芳纶的全称为芳香族聚酰胺纤维，是一种新型高科技合成纤维，具有超高强度、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。芳纶的发现，被认为是材料界一个非常重要的历史进程。 表1 芳纶与其它几种工业丝性能对比 二、芳纶纤维的历史背景 芳纶纤维的历史很短，发展很快。由美国杜邦公司首先发明和实现工业化，20世纪60年代，美国杜邦公司首先开发出具有优良热稳定性的间位芳纶，即Nomex纤维；1966年，公司又生产出了对位芳纶，即Kevlar纤维；1972年日本帝人公司生产对位芳纶Conex纤维；1986年荷兰Akzo公司生产出Twaron纤维；1987年日本帝人公司生产出Technora纤维，而我国于1972年开始进行芳纶的研制工作，并于1981年通过芳纶14的鉴定，1985年又通过芳纶1414的鉴定，它们分别相当于美国杜邦公司的Kevlar29和Kevlar49。1986-1990年中国发展国民经济第七个五年计划期间，北京橡胶工业研究设计院、西安交通大学、晨光化工研究院、南通合成树脂厂和上海合成纤维研究所共同承担了国家关于芳族聚酰胺树脂合成、纺丝技术开发和在橡胶工业中应用的系列科研课题，并且都完成了相应的产品开发和研制工作。在20世纪90年代，晨光化工研究院、上海合成

芳纶纤维项目报告20110914

芳纶纤维项目报告 一、芳纶纤维基础知识 (2) 二、芳纶纤维产品市场应用 (2) 1、芳纶1313纤维 (3) 2、芳纶1414纤维 (4) 3、共聚芳纶纤维 (6) 三、芳纶纤维国内外技术研发状况 (6) 1、间位芳纶纤维的制造技术 (6) 2、对位芳纶纤维的制造技术 (7) 3、共聚型芳纶的制造方法 (8) 4、俄罗斯芳纶的制造方法 (8) 5、我国间位芳纶发展状况 (9) 6、我国对位芳纶发展状况 (9) 7、我国共聚芳纶发展状况 (10) 四、国内芳纶纤维项目建设情况 (10) 五、芳纶纤维项目对于我司的重要意义 (10) 1、国家相关政策的支持 (11) 2、为我司步入高新技术产业打开突破口 (11) 3、项目投资小，见效快，产品附加值高 (11) 六、建议下一步技术调研工作计划 (11) 1、考察芳纶纤维国内技术专利商 (11) 2、考察芳纶纤维生产企业 (12)

一、芳纶纤维基础知识 我国将芳香族聚酰胺纤维定名为芳纶纤维。芳纶具有超高强度、高模量、耐高温、耐酸耐碱、质量轻等优良性能，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、而质量仅为钢丝的1／5左右。芳纶纤维最具实用价值的品种有3个：芳纶1313（芳纶Ⅰ）、芳纶1414（芳纶Ⅱ）和共聚芳纶（芳纶Ⅲ）。 芳纶1313即聚间苯二甲酰间苯二胺，是开发最早、产量最大、应用最广的有机耐高温纤维。 芳纶1313（间位芳纶）结构式如下： 芳纶1414即聚对苯二甲酰对苯二胺，具有超高的强度、模量和耐高温性能，以及良好的绝缘性和抗腐蚀性，对位芳纶在高性能纤维中占据了核心地位，并被人们称为“王牌纤维”。 芳纶1414（对位芳纶）结构式如下： 共聚芳纶是日本帝人公司和俄罗斯开发出的具有更高的力学性能的高档纤维，已用于俄罗斯战略战术武器，但目前产量较小，约为3000～4000t ／a。 二、芳纶纤维产品市场应用 目前世界芳纶的生产能力约8.2万吨/年(其中，对位芳纶5.5万吨/年、间位芳纶2.3万吨/年)。芳纶产品用于防弹衣、头盔等约占7%～8%，航空

芳纶纤维增强的先进复合材料制品说明

芳纶纤维增强的先进复合材料制品

目录 1 芳纶纤维增强的先进复合材料的应用 (1) 1.1 概况 (1) 1.2 芳纶品种及性能 (1) 1.3 芳纶纤维产品形态及复合材料的成型方法 (3) 1.4 芳纶纤维复合材料的应用 (3) 2 原材料 (5) 2.1 聚氨酯树脂 (5) 2.2 芳纶纤维 (7) 3 制作工艺 (8) 3.1成形方法的选择 (8) 3.2 芳纶1313 (10) 4 修补及性能检测 (10) 4.1 缺陷 (10) 4.2 芳纶表面改性 (10) 5 参考文献 (13)

1 芳纶纤维增强的先进复合材料的应用 1.1 概况 目前,先进复合材料的增强材料主要是S高强玻璃纤维非碳纤维和芳纶纤维。前两者介绍文章较多,本文主要针对芳纶复合材料及应用情况作概括介绍。 芳纶纤维是芳香族聚酰胺类纤维的通称。它是一种强度高、模量高、低密度、耐折、耐磨性好的人工合成的有机纤维。据了解,现在美国、荷兰、日本、德国、法国和俄罗斯等国都在开发芳纶纤维。我国也进行了这方面研制并取得了一定成绩。 美国杜邦公司开发的芳纷纤维,商品名“凯芙拉”(K velar)有多种规格出售,年产量已达2t。荷兰阿克苏(AKZO)公司研制的芳纶纤维,商品名“特瓦纶”(Twaron),年产量在5000t以上。日本帝人公司开发的共聚芳纶纤维,商品名“太库诺拉”,年产量为500t以上。德国赫斯特公司(HOECHST)生产芳纶纤维年产量为150t。我国1981年研制成功芳纶I,1985年研制成功芳纶Ⅱ,1994年北京燕山石化公司研究院研制成功溶致液晶全芳香族聚酰胺(PPTA),通过专家鉴定,为今后中石、工业化生产开辟了途径。 在世界范围内,芳纶纤维正以年增长率20%左右的速度发展,并从单一军用向民用转移。芳纶纤维用于汽车及防护用品方面占68%,用于造船业达21%,其余为航空、航天及军用。 1.2 芳纶品种及性能 芳纶纤维,因选择原料的不同及合成工艺不同,又可分为间位芳香族聚酰胺纤维,商品名为“欧梅克斯”(Nomex)对位芳香族聚酰胺纤维,商品名“凯芙拉”（Kevlar)和芳香族聚酰胺共聚纤维,商品名“太库诺拉”等。表1将具有代表性的“凯芙拉”纤维和我国研制的芳纶I、芳纶Ⅱ主要性能列出,同时与S高强玻璃纤维及碳纤维进行比较。 从表1中可以发现芳纶纤维密度最小,拉伸强度与S2玻璃纤维和碳纤维接近,拉伸模量居中。此外,芳纶纤维的热稳定性好,可在180℃下长期使用,短期可耐300℃,对强度无大的影响。在-170℃下也不会变脆,仍保持其性能。芳纶纤维的力学性能在有机纤维中是非常突出的，与无机纤维比也不逊色，芳纶纤维除强酸、强碱外,几乎不受有机溶剂、油类影响。但芳纶纤维对紫外线敏感, 若长期暴露在阳光下，其强度会有很大的损失，因此,在使用中应加保护层。

芳纶纤维

芳纶纤维 芳纶是一种高强度、高模量、低密度和耐磨性好的有机合成的高科技纤维。它的全称是芳香族聚酰胺纤维。1974年，美国贸易联合会( U.S，Federal Trade Commission，FTC)将它们命名为“aramid fibers”，我国称为芳纶。其定义是：至少有85%的酰胺链(-CONH-)直接与两苯环相连接。根据此定义，可把主要化学链和环链脂肪基的一般聚酰胺聚合物和其清楚的分开。 20世纪60年代初，美国杜邦公司首先开发出具有优良热稳定性的间位芳给-HF-1，即Nomex纤维；1966年，公司又生产出了对位芳纶即Kevlar纤维；1972年日本帝人公司生产出对位芳纶Conex纤维；1986年荷兰Akzo公司生产出Twaron纤维；1987年日本帝人公司生产出Technora纤维。而我国于1972年开始进行芳纶的研制工作，并于1981年通过芳纶14的鉴定，1985年又通过芳纶1414的鉴定，它们分别相当于美国杜邦公司的Kevlar 29和Kevlar 49。 芳纶可分为邻位、间位及对位3种，而邻位无商业价值。对位芳纶主要有Kevlar（杜邦）、Technora（帝人）、Twaron（原AkzoNobel，现并人帝人）等；J司位芳纶主要有杜邦的Nomex、帝人的Conex等。 对位芳纶的主链结构具有高度的规则性，大分子是以十分伸展的状态存在，它具有耐高温、防火、耐化学腐蚀及高的力学性能和抗疲劳性。它的强度为钢的3倍，为强度较高的涤纶工业丝的4倍，它的初始模量为涤纶工业丝的4—10倍，聚酰胺纤维的10倍以上。它的稳定性好，在150℃温度下收缩率为0。它在高温下仍能保持较高的强度，如在260℃温度下仍可保持原强度的65%。 间位芳纶的大分子链呈锯齿状，它具有优良的物理力学性能，如强度、断后延伸率等。同时还拥有极佳的耐火和耐氧化性。它在260℃温度连续使用lOOOh后，其强度仍能保持原强度的65%;在300℃高温下使用7cf，仍能保持原强度的50%；它的0强度约为500℃；在火焰中难以燃烧，离开火焰后具有自熄性；它在酸、碱、漂白剂、还原剂及有机溶剂中的稳定性很好。同时还具有良好的抗辐射性能。纤维主要性能见表2-17。 表2-17世界各国生产的主要芳纶的性能比较商品名密度／(g／cm3)抗拉强度/GPa抗拉模慑/GPa断裂伸长率／%Kevlar-29Kevlar-49Kcvlar-l49NomexTwa ronTechnora劳纶14141. 441. 451. 471. 57144-1. 451. 391. 432. 92. 82. 30. 342. 83. 42. 98721301446. 080-12572103巭3.6巭2.4巭1.531巭3.3-2.O巭4.6巭2.7由于芳纶其独特的物理性能和化学性能，使得其广泛用于国防、航空、航天、造船、体育器材、汽车、建筑等工业，例如：在建筑业可以作增强混凝土构件、汽车业可替代石棉来制造刹车片、离合器、整流器等，以降低石棉对环境及人体健康的伤害。还可以用来制作防护服装，如宇航服、消防服等；耐热制品如芳纶增强的橡胶传送带；以及高性能的绳索等。 间位芳纶

芳纶纤维布力学性能

芳纶纤维布力学性能 一、芳纶纤维布加固修复混凝土结构概述 芳纶纤维复合材料加固混凝土工法是指使用芳纶布配套树脂把芳纶布粘贴在混凝土结构表面与原有构件共同受力的加固方法。芳纶布与混凝土的粘结程度将直接影响加固效果。 芳纶布加固方法主要有三种基本方法，抗剪加固、延性加固和抗弯加固。抗剪加固和延性加固是将芳纶布沿与构件轴线垂直的方向粘贴在构件表面，与构件内的钢筋共同承担剪力，提高构件的抗剪能力和延性;抗弯加固，是将芳纶布沿与构件轴线平行的方向粘贴在构件表面，与构件内的钢筋共同承受拉力，提高整个构件的抗弯能力。 芳纶布加固主要材料为芳纶布及配套环氧树脂。 二、卡本芳纶纤维布加固优点 1、抗冲击性：芳纶纤维的弹性模量为110GPa，具有良好的延性，延伸率为 2.0%。它的破坏形式为塑性破坏，相比之下碳纤维的破坏形式为脆性破坏。因此，芳纶材料广泛应用于航天航空领域、军事装备、防爆设施、桥梁墩柱加固等。 2、抗动载抗疲劳性能：碳纤维具有很高的抗拉强度，但由于它是一种脆性材料，只能承受长期的静荷载。而芳纶纤维对于抗动载抗疲劳性能要求比较高的领域有着独特的优势。同时，芳纶纤维的抗剪切性能是所有FRP材料中最强的，在进行抗剪加固时应考虑用芳纶纤维复合材料。 3、耐腐蚀性：芳纶复合材料具有良好的耐酸、耐强碱腐蚀性能，海水中氯离子对混凝土结构有很强的腐蚀性，可导致混凝土碳化钢筋锈蚀。所以，在一些海港码头工程的结构加固及防护工程中较为普遍采用芳纶纤维复合材料进行加固。 4、不导电性：非磁化性芳纶纤维是一种不导电的材料。因此，在对绝缘性要求很高的加固工程中芳纶纤维复合材料比较适和。 三、芳纶纤维布特点 1、外观均一整齐，无夹杂，无破洞。 2、无缺纬、脱纬，无断经现象。 3、纤维排列平直均匀，无歪斜、起皱现象。

芳纶纤维(kevlar)

芳纶纤维（kevlar） Aramid fiber Aramid fiber is called "p-polyphenyl two benzoyl two of benzene amine, English Aramid fiber (DuPont Co brand name Kevlar Kevlar), is a new type of high-tech synthetic fiber, has excellent properties of ultra high strength, high modulus and high temperature resistance, acid resistance and alkali resistance, light weight, the strength of steel wire 5 ~ 6 times the modulus of steel wire or glass fiber is 2 ~ 3 times, 2 times the toughness of steel wire, steel wire and the weight is only about 1/5, does not decompose at a temperature of 560 degrees, and does not melt. It has good insulation and anti-aging properties, and has a long life cycle. The discovery of aramid fiber is considered as a very important historical process in the field of materials. 1. introduction Aramid fiber is an important material for national defense, in order to meet the needs of modern war, at present, the developed countries such as the US and Britain's bulletproof vests are made of Kevlar aramid fiber, lightweight body armor, helmets, effectively improve the army's rapid response capability and lethality. In the Gulf War, American and French aircraft made extensive use of Kevlar composites. In addition to military applications, it has been widely used in many fields, such as aerospace, aviation, mechanical and electrical, construction, automobile, sporting goods and other aspects of the national economy. In aviation, aerospace, aramid due to light weight and high strength, saving fuel amount, according to foreign

芳纶纤维的结构

芳纶纤维的结构、制备及应用综述 摘要：芳纶是一种高科技特种纤维，它具有优良的力学性能，稳定的化学性质和理想的机械性质。它的全称为“芳香族聚酰胺纤维”，1974年，美国贸易联合会将它们命名为“aramidfibers”，其定义是：至少有85％的酰胺链(—CONH—)直接与两个苯环相连接。我国则将它们命名为芳纶，其全称也可简化为“芳酰胺纤维”。它有一系列的产品，可用于航空航天工业、IT（信息技术）产业、国防工业、汽车工业等。 关键词：芳纶1313，芳纶1414，芳纶纤维结构，芳纶纤维应用、发展及制备 一、芳纶纤维的简介 芳纶全称芳香族聚酰胺纤维，是一种新型高科技合成纤维，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸碱、重量轻等优良性能，还具有良好的绝缘性和抗老化性能，具有很长的生命周期。 二、芳纶的结构和性能 芳纶可分为邻位、对位和间位3种，而邻位无商业价值。自20世纪60年代由美国杜邦公司成功开发出芳纶纤维并率 先产业化后，在30多年的时间里，芳纶纤维走过了由军用战略物资向民用物资过度的历程，价格也降低了一半。现在国外芳纶无论是研发水平还是规模生产都日趋成熟。在芳纶纤

维生产领域，对位芳酰胺纤维发展最快，产能主要集中在日本和美国。如美国杜邦的Kevlar纤维，荷兰阿克苏诺贝尔（Akzo Nobel）公司（已与帝人合并）的Twaron纤维，日本帝人公司的Technora纤维及俄罗斯的Terlon纤维等。间位芳酰胺纤维的品种有Nomex、Conex、Fenelon纤维等。 下面我们主要介绍一下对位芳纶和间位芳纶的代表产品，邻位因为无商业价值将不做介绍。 1、芳纶1414的结构和性能 芳纶1414由对苯二胺（PPD）和苯二酰氯（TPC）这两种单体聚合而成。在缩聚反应中，TPC和PPD反应生成聚合物聚对苯二甲酰对苯二胺，也就是PPTA。结构式为； 结构特点可以归纳为： 1)分子链沿纤维轴向高度结晶排列。 2)纤维含有氢键系，这种氢键系沿其轴线有规则地折叠，并 沿径向分布。 3)皮芯结构不同，芯层的微晶不如皮层取向度高。 芳纶1414的性能特点； 芳纶1414纤维的性能，特别是其强度主要取决于聚合物的分子量和分子量分布及其结晶程度。影响上述这些性质的