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高性能材料-芳纶纤维




高性能材料-芳纶纤维


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芳纶纤维对于复材(这里复材指树脂基纤维复合材料)人来说并不陌生,因为它本身具有性价比,注定不会像玻璃纤维那样全覆盖式应用,也不像碳纤维那样具有极为明显特性而被大范围应用。


芳纶复合材料一般军工中应用比较广泛,如用于战斗机、防弹装甲车、轻型坦克、防弹运钞车、防弹板中。同时,为适应需要,许多发达国家军警的防弹衣、防弹头盔、防刺防割服、排爆服、高强度降落伞等均大量采用了对位芳纶纤维。


芳纶复合材料在运动器材方面也被大范围应用,如:制备钓鱼竿、高尔夫球杆、网球拍、弓箭、雪橇等用品,以提高这些器材的使用寿命。


芳纶纤维也可作为涂覆织物使用,用作空气支撑结构建筑物以及充气胶布制品,如胶船、救生筏、软式飞艇、气球、特种服装等。也可以使用在船舶、航空航天、轨道交通等领域。




   1、芳纶纤维简述

芳纶纤维全称“芳香族聚酰胺纤维”, 指85%以上的酰胺键直接连在苯环上的长链合成聚酰胺纤维,连接酰胺键的为芳香环或芳香环的衍生物,具有阻燃、耐高温、高强度、高模量、绝缘等突出性能,是一类新型的特种高分子材料。目前,市场上有两种芳纶实现了广泛的商业化应用和生产,分别是间位芳纶和对位芳纶。


间位芳纶具有优异的热稳定性、阻燃性、电绝缘性、化学稳定性和耐辐射性。间位芳纶全称“聚间苯二甲酰间苯二胺”(MPIA)纤维,是由间苯二甲酰氯和间苯二胺合成的有机高分子纤维。由于酰胺键连接在两个苯环1号和3号位置,又称之为芳纶1313。间位芳纶具有长久的热稳定性,这是其最重要的特性,可在200℃高温下长期使用不老化,具有极佳的尺寸稳定性。


间位芳纶具有本质阻燃性,其极限氧指数值(LOI)>28%,在空气中不会自燃、融化,也不会产生熔滴,离焰自熄。间位芳纶的电绝缘性优良,以其制成的绝缘纸耐击穿电压可达20kV/mm;间位芳纶耐腐蚀性能非常优越,耐辐射的性能也十分优异。此外,间位芳纶还具有低刚性、高延长性,能用常规纺织机械进行加工。   


对位芳纶具有高比强度、高比模量、耐高温和阻燃等优异性能,与碳纤维、高强高模聚乙烯并称为世界三大高性能纤维。对位芳纶全称“聚对苯二甲酰对苯二胺”(PPTA)纤维,是由对苯二甲酰氯和对苯二胺合成的有机高分子纤维,由于酰胺键连接在两个苯环的1号和4号位置,又称之为芳纶1414。


对位芳纶的拉伸强度是钢丝的6倍,是玻璃纤维和高强尼龙工业丝的2~3倍;拉伸模量是钢丝和玻璃纤维的2~3倍,高强尼龙工业丝的10倍;其密度却只有钢丝的1/5左右。对位芳纶具有良好的抗冲击、耐腐蚀和抗疲劳性能,被喻为“防弹纤维”。对位芳纶的耐热性能要高于间位芳纶,在200℃高温下经历上百个小时,仍能保持原强度,在560℃高温下不分解、不熔化。在环保方面,对位芳纶结构稳定不易降解的特性也决定了其存在后期难以回收处理影响环境的问题。



   2、芳纶纤维发展史

芳纶纤维最早由美国杜邦公司开发,自20世纪60年代末芳纶实现产业化生产以后,迄今40余年的历程中,芳纶纤维走过了从军用战略物资向民用物资过渡的阶段。


我国也展开了芳纶的攻关,但很长时期内产业化关键技术始终未能突破,国内对位芳纶需求主要依赖进口。近年来,随着芳纶技术壁垒的不断攻破,我国对位芳纶的产业化开始蓬勃发展。



   3、芳纶纤维的市场需求

目前全球间位芳纶和对位芳纶的需求量分别为8万吨/年和4万吨/年。而国内间位芳纶和对位芳纶有效产能分别为1万吨/年和2500吨/年,其中对位芳纶国内需求量超过1万吨/年,进口依赖度较高。


2017年、2018年我国进口芳纶量为3368吨、3392吨,随着芳纶下游应用的拓宽,芳纶对进口的依赖程度较高的情况将持续。


市场需求程度来看,芳纶绝对是纤维增强材料中的王者。



出处:高性能纤维复材资讯

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