总第187期 天津纺织科技 芳纶纤维生产及应用状况 李新新张慧萍晏雄 (东华大学纺织学院,上海201620) 籀要:本文回顾了芳纶在我国的发展历程,由于芳纶具有伏良的性能,其在我国的航天航空,防弹衣、头盔,体育用 材料,轮胎和胶带骨架材料,高强绳索等材料中都有广泛的应用,因此受到普遍的关注。芳纶纸的发展与应用也成 为我国芳纶发展的重要方向。本文还指出了芳纶纤维存在的问题及解决方法,并对芳纶纤维及产品的发展和应用提 出了自己的观点。 关键词:芳纶芳纶1313芳纶1414芳纶纸应用问题 21世纪是新技术、新材料时代,也是高科技纤维的的鉴定,1985年又通过芳纶1414的鉴定,它们分别相当 时代,以新材料为代表的高新技术的发展,将成为纺织于美国杜邦公司的Nmex和 Kevlar。1986~1990年中 产业结构调整的主要动力。作为我国重点发展的高科技国发展国民经济第七个五年计划期间,北京橡胶工业研究 纤维之一,有机耐高温阻燃纤维—芳纶的成功国产设计院、西安交通大学、晨光化工研究院、南通合成树脂 化,填补了国家高档化纤品种的空白,打破了少数发达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 国家长期以来技术封锁和市场垄断的格局,开创了我国树脂合成、纺丝技术开发和在橡胶工业中应用的系列科研 高性能纤维生产与应用的新局面,掀起了我国自主开发课题,并且都完成了相应的产品开发和研制工作。在20世 高科技纤维的热潮。芳纶的全称为“芳香族聚酰胺纤纪90年代,晨光化工研究院、上海合成纤维研究所、东华 维”,我国称为芳纶。芳纶纤维工业化的产品主要有两大学化学纤维研究所、沈阳市红星密封材料厂等单位研制 种:芳纶1313(全称为聚间苯二甲酞间苯二胺纤维,英和生产的对位芳纶性能已接近国际水平。但由于资源、成 文简称PM)和芳纶1414。是一种高模量、高强度、耐本等方面的原因,我国应用的芳纶大部分仍然依赖于进 磨损、低电导率、尺寸稳定、密度为钢丝14的轻质增口。1999年,山东烟台氨纶股份有限公司正式提出建设 强和耐高温材料,常被作为制备高性能复合材料的增强中国第一个芳纶1313工程项目,并于2001年5月份引进了 物质。如表1芳纶与其它纤维性能比较2 俄罗斯技术。经过艰苦的技术攻关,开发研制出了具有极 高科技含量的20多种有色芳纶1313纤维,产品质量可与 表1芳纶与其它几种工业丝性能对比 美国杜邦等世界一流公司媲美 断裂强度/{cN 1)19030-3586 10-55 0.6-0.852芳纶的应用现状 潭性模 6-8 随着高新产业成为世界经济发展的主要目标,应用高 断裂钟长率 7.4 新技术和新材料为主导的新产业,如国防、航空航天、橡 1我国芳纶的发展史 胶工业、电子与通讯、汽车工业、油气田的勘探和生产 体育休闲用品等产业的发展,都将需要高性能的芳纶。由 我国芳纶的研发起步较早,开发了普通型、高伸长于它的用途十分广泛,曾被称为“全能纤维”。据统计 型、中高强度型和高强高模型产品吲。我国于1972年开用于防弹衣、头盔等约占7%~8%;航空航天材料、体 始进行芳纶的研制工作,并于1981年通过芳纶1313商用材料约占40%;轮胎和胶带骨架材料等约占20%;
芳纶纤维生产及应用状况 总第187期 高强绳索等约占13%。如图1所示。 创伤能力如耐切割、防擦伤、防火等功能;同时由于外 层纤维的存在防止了紫外线直接照射芳纶。现在通过先 航天材料、体育用材 进染色技术使芳纶具有其他色彩。芳纶也可以制成变形 胶带骨架材料20 纱如 Kevlar29 ED Textured Yarn是线密度为400~480 dtex,拉伸强力为80~100N伸长率25%~3.5%,在松 口高强绳索13% 弛状态下呈卷曲的长纤维应用该高性能纱线可以制造各 防弹衣、头8% 式时尚的织物扩大了防护纺织品的应用面。 24在防弹衣上的应用 我国54式手枪的弹速高、弹头硬、穿透力强,我国 图1芳纶在各行业中的应用比例 警察的防弹衣要比国外重25%,警察必须承受更大的负 担,机动性大大降低。采用芳纶制造的软质防弹衣有很 21在轮胎行业中的应用 好的应用前景。 由于芳纶具有许多优异性能和耐高低温性能因此可25芳纶在运动器材上的应用 以作为航空轮胎和汽车轮胎良好的帘线材料。芳纶作为 充分利用芳纶耐高温、耐疲劳等特性,以制作运动 轮胎的骨架材料具有很多的优点:轮胎质量小,乘坐舒适 条件苛刻的拳击手套、登山鞋靴、赛车车体、赛马头盔 性好、滚动阻力低,节油性能提高是未来绿色环保轮胎等,还可用于制作网球拍、滑雪板、滑雪杆、雪橇、弓 的主要材料。另外还有很好的耐刺扎、耐切割性能,耐 箭、弓弦、钓鱼竿、风筝骨架、高尔夫球棍、赛艇等。 磨性能提高约3%、芳纶轮胎使用过程中接地压力重心移2.6航空、航天和军需工业 动小转向性能好,轮胎变形滞后小、生热较低,芳纶帘线 芳纶可用于制作大型飞机的二次结构材料,如机舱 模量高,硫化后帘线不收缩轮胎使用出现的“平点”问门、窗、机翼、整流罩体表面等,也可制作机内天花 题也可以得到强有力的限制对于有后充气装置的厂家板、舱壁等,可减轻其质量。芳纶复合材料可制造导弹 来说可以节省这方面的费用,而且芳纶轮胎的硫化时间的固体火箭发动机壳、压力容器、宇宙飞船驾驶舱、潜 也可以适当减少,提高硫化效率3。 艇、防弹装甲车、防弹运钞车、防弹板、防弹头盔、防 用芳纶制作的航空轮胎能很好地满足现代超音速飞弹衣等 机对轮胎高速度、高载荷、耐高温、耐屈挠和耐着陆高27建筑业 冲击性的要求在汽车轮胎中芳纶主要用于替代钢丝不在建筑工业上,可用芳纶取代石棉来增强水泥,也 仅能减小轮胎质量而且可提高耐用性和改善乘坐舒适可取代金属材料提供轻结构、高强度构件,以及对结构 性。用芳纶替代钢丝,一条载重轮胎质量可减小9kg,辆进行加固补强。 配置18条轮胎的载重汽车质量可减小162kg。 2.2在涂覆织物制品中的应用 3芳纶纸的发展与应用 用芳纶制作的涂覆织物其强力和撕裂强度比锦纶和 聚酯涂覆织物至少高出2倍而且伸长率更小因此使用芳采用芳纶纤维及它与吸波性能优异的碳纤维、宽频透 纶涂覆织物可有效减小产品的质量和厚度。同时芳纶涂波性能优良的石英纤维等无机纤维混杂制作纸基材料可以 覆织物耐刺穿、耐紫外线和耐燃性能好因此在充气橡胶实现结构轻质化的要求。聚芳酰胺纤维纸是用聚芳酰胺纤 制品、系留气球、贮运容器和防护服装上都有应用。维按造纸技术抄造成的纸再经热压成型制得简称芳纶纸 23对位芳纶在柔性防护纺织品中的应用 英文名 Aramid fiber paper。芳纶纸由两种形态纤维经湿法 对位芳纶具有高强度、高模量又耐高温,但其伸长抄纸工艺成纸,经热压工艺后成型两种纤维分别为短切纤 率太小刚性太大染色困难且不耐紫外线。因此不利于维和沉析纤维 纺织加工制成服装面料。近年来国外厂家从纱的构造、 高性能芳纶纸基复合材料(以下简称芳纶纸)大量使 织物的结构方面着手用复合纺纱工艺、后处理技术来克在航空、航天、船舶、电子等领域内雷达罩、次受力结构 服其原有的缺陷例如以芳纶为芯层羊毛、棉等为表层部件、绝缘隔热等零部件在国防材料上占有举足轻重地 制成二层构造的复合纱外层纤维容易染色而芳纶提供耐位。另外也是机电、电子、通讯等领域中的重要材料
第187期 芳纶纤维生产及应用状况 4存在的问题 芳纶纤维表面改性方法主要有物理改性和化学改性 两种。物理改性方法是通过等离子体、电子束等物理技 芳纶作为一种新型的高性能特种纤维,在许多行业有术对纤维表面进行刻蚀和清洗并在纤维表面引入羟基 广阔的发展前景。目前我国对芳纶生产和应用的研发已羰基等极性或活性基团还可以在纤维表面形成一些活性 取得了一定的成果,但是与国外芳纶比较起来,还有许多中心进而引发接枝反应通过刻蚀、清洗、活化和接枝 缺点,如表2所示世界各国的主要芳纶性能比较。 的综合作用改善纤维表面的物理和化学状态进而加强纤 维与基体之间的相互作用。化学改性则是通过硝化/还 表2世界各国生产的主要芳纶的性能比较 原、氯磺化等化学反应在纤维表面引入氨基、羟基、羧 商品名密度/g·c)抗拉强度!GPH抗拉模量/Pa断后伸长率/% 基等活性或极性基团,通过化学键合或极性作用提高纤维 与基体之间的粘合强度。表面改性的方法还有表面接 枝技术等其它方法。芳纶纤维表面改性可以提高纤维与 基体的粘结力,改善复合材料性能。但有一点也应引起 44~1.45 80-125 注意,界面间的粘结力过强,会引起材料变脆,从而导致 72 芳纶1414 复合材料冲击强度和断裂强度的降低。 53芳纶纸性能的改鲁 41芳纶纤维与树脂基体的粘接力较差,因此机械加 在分散剂中加入亲水性高分子PEO作为主要的助剂 极易分层。由于芳纶纤维柔韧性好,用其制成的复合材(1)PEO最佳用量为0.12%芳纶纤维纸的主要指标拉 料在切削时纤维不易被切断,未切断的纤维和树脂堆积在伸强度值为35.16N/mm2。比不用PEO时增加了32.1%。 断口处,造成加工面粗糙 产生了很好的作用效果; 42国产芳纶易断头,表面易起毛,吸湿性差,而且 (2)PEO最佳用量为0.12%芳纶纤维纸的主要介电 生产规模小、品种和规格少,工程应用设计可选择余地性能耐压强度达到最大值为19.59kVmm2,而且耐压强 度的增幅也最大; 43采用芳纶作为轮胎的带束和胎体,成型过程中会出 (3)PEO用量不宜过高 现一些问题,如芳纶带束无磁性不能贴住带束鼓、芳纶帘布 (4)PEO作用机理是使浆料悬浮液的黏度上升另外 不能自动卷曲和供料、成型压合时出现存气等 纤维之间的运动轨迹也相对变得简单纤维的运动速度也 44芳纶是利用各向异性液晶纺丝制成的纤维,虽然下降降低了纤维之间的摩擦等时。 强度和模量很高,但是在纤维轴垂直方向的性能,如压缩 强度、疲劳特性等都比较差。 6总结 45由于芳纶的分子排列紧密,染料不易进入,所有 芳纶着色性较差 现阶段我国的芳纶产品主要是高温过滤用的低端产 46在芳纶纸中,其研制中长期存在的匀度不良会导品,服装及其他高端领域的应用较少,一些高端产品, 如间位芳纶纸、长丝、可染纤维等尚未开发成功。高端 间位芳纶产品的技术开发难度较大,称为芳纶在高端产 5改善芳纶纤维及其复合材料性能的方法品中应用的主要阻力。另外由于目前只有美国、日本 荷兰等国家可进行芳纶纤维大规模工业化生产国内较少 51解决芳纶纤维增强复合材料难加工的问题 厂家能生产芳纶的成本较高这就阻碍芳纶在许多行业的 a采用锋利的刀具 应用,如轮胎行业等。随着社会的发展,芳纶作为一种 b.钻削芳纶纤维增强复合材料的孔时,根据孔径大小高性能的纤维,其应用将会越来越广泛,国内芳纶要借 和材料厚度不同,可采用斜面钻或有齿空心钻; 鉴国外的经验,进一步加大芳纶的生产规模,减少原纤 C.切割芳纶纤维增强复合材料层合板时,采用无齿圆化,提高摩擦性能,改善染色性能等,将会成为以后芳 盘铣刀加工效果好的 纶研究的主要方向。 52改善芳纶纤维及其复合材料性能的方法 下转第9页
珍珠纤维性能及其袜品的应用前景 总第187期 使其接近或达到最舒适的温度,就要利用袜子的保参考文献 暖性(服装在有温差存在的情况下,防止由高温方 向向低温方向传递热量的性能称为保暖性)使脚11黄平,张素青,许树文珍珠纤维保健内衣的研 接近舒适温度,即袜子要具有一定的保暖性 制[U针织工业,2007(5):4-5. 22珍珠纤维袜品的功能性及应用 [2]许树文,花蕾.立肯诺珍珠纤维的性能及其应用 含有珍珠纤维的袜品,其吸湿、透湿、透气、[]浙江纺织服装职业技术学院学报,200 保暖性能都能满足袜品对于舒适性的基本要求,而 [3]牛雪梅,纳米珍珠纤维的开发及功能性研究[D] 且其耐磨性、抗起毛起球性及顶破强力等指标也都 上海 满足穿着需要。不仅如此,珍珠纤维袜品还可以发 4]于伟东,储才元纺织物理[M].上海:东华大学出 射人体易于吸收的远红外线,能够改善脚部和腿部版社,200,147 的血液微循环,促进新陈代谢,具有护足保健作 [5]赵书经,纺织材料实验教程[M].北京:中国纺织出 用 版社,1996,356,369-396 织造珍珠纤维袜品所使用的纱线宜采用多组分 [6]王坤服装?服饰与保健[M].北京:纺织工业出版 混纺纱线,其中珍珠纤维的混纺比应控制在30%左 社,1994,21,97,122 [刀]徐东服装材料[M].北京:中国轻工业出版社 右。例如珍珠纤维、棉、锦纶(30/50/20)混纺纱 线,珍珠纤维、天丝、锦纶(30/50/20)混纺纱 2000,70 线,珍珠纤维、天丝、莫代尔(3040/30)混纺纱∞0010111111111 线等。若要使袜品添加抗菌消臭功能,还可采用珍上接第6页 珠纤维、锦纶、甲壳素纤维(20/40/40或 30/40/30)混纺纱线。 参考文献: 采用18tex(328)珍珠纤维、锦纶、甲壳素纤 [1]袁金慧,江棂,马家举,吕希光.芳纶的应用和 维 (20040)混纺光洁纱制作的袜品,各项物理展[商科技纤维网与应用,20530427 性能不但能满足日常穿着要求,而且具有良好的功 [2]王维相翁亚栋芳纶在橡胶制品中的应用概况橡 能性。根据上海南方测试中心的检测结果,该袜品胺工业,2004.51,437-438 [3]黎继荣.芳纶材料在高性能轮胎中的应用[J,科 的远红外法向发射率达到81%,参照美国纺织染色 技资讯,23(24)31,35-36 化学家协会( AATCC)标准的抗菌试验表明,袜 [4]王曙中高科技纤维在柔性防护材料中的应用[J] 品具有良好的抗菌消臭功能。 产业用纺织品,2006,11,2-3. [5]余艳娥,谭艳君,新型高性能纤维--芳纶,髙科 3珍珠纤维袜品的应用前景 技纤维与应用,2004,29(5,38-39 [6]陆赵情,张美云,王志杰,吴养育,代攀.芳纶 随着生活水平的不断提高,人们越来越重视足纸基复合材料研究进展及关键技术,20028(6),385- 部保健,市场对各种保健袜品的需求量日益增加 386. 珍珠纤维袜品的天然性、安全性和多种保健功能性 [刀]马立,鲁烈峰,白仲安,李硕芳纶纤维增强复合材料 符合人们追求自然,回归自然的观念趋势。具有护的机械加工[J]制造技术研究2007628):30 肤保健功能的珍珠纤维混纺袜品的开发将更好地满 [8]严志云,刘安华,贾德民芳纶纤维的表面处理及其 足消费需求,市场应用前景广阔。 在橡胶工业中的应用.橡胶工业,2004.5156
