第23卷笫6期 高科披纤维与应用 VoL23 No 6 1998年12月 Hi-Tech Fiber Application Dec.1998 文 对位型芳纶的性能和应用 高田忠彦(帝人(株)加工技术第二部长工学博士) 对位型芳纶是由 Du pon公司的 S L Kwolek 引言 开始研究的,于1972年以商品名称作 Kevlar (聚对苯二甲酰对苯二胺,即PPTA)在市场开 芳纶(全芳香族聚酰胺纤维)在市场推出始销售。此后,于1986年具有相同化学结构的 之后,很快就过去30年了,人们对芳纶的名字AKZO公司的 Twaron问世。紧接着,于1987年 也都熟悉起来。 帝人公司以独自的技术开发出共聚型的于夕 与以前的脂肪族聚酰胺纤维有区别的芳纶 Tecnora)(共聚对苯二甲酰3,4氧亚苯基对 有两类:一类是以高强力、高弹性模量、耐热苯二胺,即 PPODPTA)已企业化,对位芳纶已 性为特征的对位型芳纶;一类是以耐热性、难与碳纤维并驾齐驱,处于代表性高性能纤维的 燃性为特征的间位型芳纶 地位 原材料 聚合 纺丝 拉伸 子J亏 触媒 聚对苯二甲酰3,4氧亚苯基对萃二胺 nhoc Co tHN NHOC 原材料 聚合 聚合物 溶解 纺丝 Kevlar 29 触媒 触媒 热处理 Kevlar 49 聚对苯二甲酰对苯二胺 tHN CO 图1对位型芳纶的制造过程 C1994-2012ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
第 卷 第 期 年 月 高科 技 仟 稚 与 应 用 比 一 对 位 型 芳 纶 的 性 能 和 应 用 高 田 忠彦 帝人株加 工 技术第二部 长 工 学博士 引 言 芳纶 全 芳 香族 聚 酞胺 纤维 在 市场 推 出 之 后 , 很 快 就 过去 年 了 , 人们 对 芳 纶 的 名字 也 都熟悉 起来 。 与以前的 脂肪族聚酞胺 纤维有区 别 的芳纶 有两 类 一类是 以高强力 、 高弹性模量 、 耐热 性为 特征 的对 位型 芳纶 一 类是 以耐热性 、 难 燃性 为特征的间位型 芳纶 。 对位 型 芳纶 是 由 公 司 的 开 始 研 究 的 , 于 年 以 商 品 名 称 作 盯 聚对 苯 二 甲酞对 苯 二胺 , 即 在 市场 开 始 销售 。 此 后 , 于 年 具 有 相 同 化 学 结 构的 公 司 的 问世 。 紧接着 , 于 ! 年 帝 人 公 司 以独 自的技术 开 发 出共聚 型 的 于 夕 , 共聚对 苯二 甲酞 , ’氧亚 苯基 对 苯二 胺 , 即 己 企业 化 。 对 位芳纶 已 与碳纤维并驾齐驱 , 处 于代 表性 高性能 纤维的 地位 。 拉伸 于 夕 一 于 聚对 苯二 甲酞 原材料 一 触 媒 , , 氧亚 苯基对 苯二胺 、 二叠一骨 一、叠减 一母 于 聚合 聚合物 触媒 触媒 聚对苯二 甲酞对苯二胺 、 一 母一母 一 图 对位型 芳纶的制造过程
第6期 高田忠彦:对位型芳纶的性能和应用 41 有关对位芳纶的书类和总论已发表很多,详细2.1表面结构 情况请参考。 PPTA纤维 Technora的表面氧元素都比理论 值丰富的情况,有各种解析报告。虽然没有直 1对位芳纶的制造方法 接测定的润湿性结果,但是PPTA膜的接触角位 于762-882度的范围,也比聚酯膜的接触角70 PPTA纤维的原料是对苯二胺(PPDA)和80度大,被认为是憎水性表面。这种情况表现 对苯二甲酰氯(TPC),把氯化钙(CaC2)、出与橡胶和树脂之类等基体的粘接不利。 氯化锂(LiCl2)等触媒溶解,呈悬浊液,在N 对位型芳纶因同基体的粘接性低,提出把 甲基吡咯烷酮中聚合。把聚合物单独分离,干对位型芳纶表面改性,表面处理技术的开发课 燥后再溶解于硫酸溶液中加热80℃,呈液晶题很多。 礻了升夕又)状态。按照半干半湿式纺丝 Technora在10%次氯酸钠水溶液中的表面 ( dry-jet- spinning)法进行纤维化。因光学各向侵蚀速度也比PPTA纤维慢。从这个结果就明 异性液晶,光滑易流动取向,即使不拉伸,取白, Technora也比PPTA纤维具有化学药品难于 向化也相当高,呈现出高强力、高弹性模量。侵蚀的致密结构。的确, Technora的耐药性良 而且,如果将所纺出的丝在500℃高温下热处 的话,就得到高弹性模量(HM)的丝。由于拉2.2微细结构 丝方法上的窍门,有各种水平等级的强力、弹 PPTA纤维结构模式的提案数量很多,代表 性模量的PPTA纤维在开发着。最近, Du Pont的模式是Dob的“ Pleated Sheet”(褶片层)结 公司发表了以高弹性模量为特征,比 Kevlar49构; Morgan的“ Skin-core”(表皮-芯)结构。无 强力高25%的高强力Keva49(HS) 论哪种模式,认为都有表皮层存在。其厚度为 另一方面,帝人公司采用独自的技术,开0.1~1um,被称作高取向性。 Technora的结构 发且企业化的 Technora,是能得到所设计的分模式,没有明确表示的报告 子那样,可满足①刚直性,②溶解性,③拉伸 在对位、间位的微细结构方面,两者虽然 性,④耐热性等条件共聚型的刈位型芳纶。在大不相同,但X衍射图象,对于PPTA相位来说 PPDA、TPC中加入作为第三成分的赋于弯曲、非常清晰,与其相反, Technora的图象不清 含有二乙醚键的二胺(3,4-二胺基二亚苯基晰。也就是暗示, Technora的结晶部分与非结 醚,即3,4-ODA)与之聚合 晶部分不明确 聚合物一旦单独分离,就把以聚合法所得 Technora的共聚程序,田代的见解(有序共 到的各向同性聚合物溶液采用半干半湿式方法聚)和 Blackwell见解(无序共聚)虽然不同,但 纺丝,干燥后,且在高温(约500℃)、高倍率是推断为有序性不大的无序共聚 (约10倍)进行热拉伸,得到 Technora芳纶。 图1表示PA纤维和 I Technorati的化学结构3芳纶的性能 以及制造方法。由于PPTA纤维和 Technora化学 结构、制造方法不同,象以下所述,二者纤维 表1所示为代表性的对位型芳纶的性能 特性也不同 Kevlar品种很多,有规则型的 Kevlar29,低弹性 模量 Kevlar119,高强度型的 Kevlar29,高弹性 2对位型芳纶的结构 模量 Kevlar49,高弹性模量和低吸水率为特征 的 Kevlar149,而且最近开发的高强度、高弹性 C1994-2012ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
第 期 高田 忠彦 对位型 芳纶 的性 能和应 用 一 一 有 关对 位 芳纶 的 书类和 总 论 已 发表 很 多 , 详细 情况 请参考 。 对位芳纶的制造方法 纤维 的原料 是对 苯 二 胺 和 对 苯 二 甲酞氯 , 把 氯化 钙 、 氯化 铿 等触 媒溶解 , 呈 悬浊 液 , 在 甲基 毗 咯烷酮 中聚合 。 把聚 合 物单独 分 离 , 干 燥 后 再 溶 解 于 硫 酸 溶 液 中 加 热 ℃ , 呈 液 晶 不 、 头 , 夕 久 状态 。 按 照半 干 半 湿 式纺 丝 尽一 一 法进行纤维化 。 因光 学各 向 异性液 晶 , 光 滑易 流 动取 向 , 即使 不 拉 伸 , 取 向化 也相 当高 , 呈现 出 高强 力 、 高弹 性模量 。 而 且 , 如 果将 所 纺 出的丝 在 ℃ 高温 下 热处 理 的话 , 就得到 高弹性模量 的丝 。 由于 拉 丝 方 法上 的窍 门 , 有各种水平 等级 的强 力 、 弹 性模量 的 纤维在 开 发着 。 最近 , 公 司 发表 了 以 高弹 性模 量 为特 征 , 比 强力 高 的 高强力 。 另一 方 面 , 帝人 公 司 采用 独 自的 技术 , 开 发 且 企业 化 的 , 是 能 得到 所设 计 的分 子那 样 , 可满足 刚 直 性 , 溶解 性 , 拉伸 性 , 耐热 性等条件共聚 型 的对位 型 芳纶 。 在 、 中加入作为第三成分的赋于 弯曲 、 含有二 乙 醚 键的 二 胺 , , 一 二胺基 二 亚 苯基 醚 , 即 , , 一 与之 聚合 。 聚合 物一 旦 单独分离 , 就把 以聚合 法 所得 到 的各 向同性 聚合 物 溶液 采用半 干 半 湿式方 法 纺丝 , 干燥后 , 且在高温 约 ℃ 、 高倍率 约 倍 进行热 拉伸 , 得到 芳纶 。 图表示 纤维 和 ! 的化学结构 以及 制造方法 。 由于 纤维和 !化学 结构 、 制造 方法 不 同 , 象以下 所述 , 二者纤维 特性也不 同 。 表面结构 纤维 的表 面氧元 素都比理 论 值丰 富的情况 , 有各 种 解 析报 告 。 虽然 没 有 直 接测 定 的润 湿性 结 果 , 但是 膜的接 触 角位 于 一 度的范 围 , 也 比聚 酷膜的接触 角 一 度大 , 被认 为是 憎 水 性 表面 。 这 种 情 况 表 现 出与橡胶和树脂之 类等 基体的粘 接不利 。 对 位 型 芳 纶 因 同基 体 的粘接 性 低 , 提 出 把 对 位 型 芳纶 表面改性 , 表 面 处理 技术 的开 发课 题 很 多 。 在 次氯 酸 钠 水 溶液 中的 表 面 侵 蚀速 度也 比 纤维慢 。 从 这 个 结 果 就 明 白 , 也 比 纤维具 有 化 学 药品难 于 侵蚀的 致密 结构 。 的确 , 的 耐 药 性 良 好 。 微细结构 纤维结构模式的提案数 量很 多 , 代表 的模 式是 的 “ ” 褶 片 层 结 构 的 “ 一 ” 表 皮 一 芯 结构 。 无 论 哪种 模式 , 认 为 都有 表 皮层 存 在 。 其 厚度 为 一 协 , 被称 作高取 向性 。 的 结 构 模式 , 没有明确表示 的报告 。 在对位 、 间位的微 细结构方面 , 两者虽 然 大不 相同 , 但 衍射 图象 , 对 于 相位来 说 非常 清 晰 , 与 其相 反 , 的图 象不 清 晰 。 也 就 是 暗 示 , 的结 晶部 分 与非结 晶部分不 明确 。 的共聚程 序 , 田 代 的见 解 有 序共 聚 和 的见 解 无序 共 聚 虽 然 不 同 , 但 是推断为有序性不 大的无序共聚 。 芳纶的性能 对位型芳纶的结构 表 所示为代 表性 的对 位型 芳纶 的性 能 。 品种很多 , 有规则型 的 , 低弹性 模量 , 高强度 型 的 , 高弹性 模量 , 高弹性模 量和 低 吸 水 率为 特征 的 , 而 且最 近开发 的高强度 、 高弹性
高科披纤维与应用 第23卷 模量 Kevlar49(HS)等,丰富多彩。 Twaron的reg 对位型芳纶的市场被 Kevlar长期独占,可 (有序)和 High mode(高模量)型号,分别同是,由于AKZO公司的 Twaron、帝人公司的 Kevlar29, Kevlar49的性能大体相等。 Technora的出现,使独占体制崩溃。 Technora在对位型芳纶之中,表现出最高 Hoechst公司 Trevor的投放市场,也使人注 的强度和拉断伸长率。另外,它的密度也是3者 当中最低的,比强度也高,在轻量化方面应用 Kevlar以丰富的品种,在武器方面继续开 是有利的。 拓市场。 从 Technora所形成的特征来说,耐化学药 Technora与Keva及 Twaron之类稍有些不 品性良好。因为这是从前面所述的致密表面结同:有效利用它的特征,进行开发利用 构所推断的。由于会有高可挠性非对称的乙醚 据推断,对位型芳纶的生产能力,其中 键的二胺作为成分,分子容易运动,所以 Kevlar的年产量为28500t, Twaron的年产量为 Technora比PPTA纤维的疲劳性好 10500t, Technora的年产量为700t,3家公司的 但是,一般情况下对位型芳纶的压缩强度年产量合计为4万t。与年产量为140的碳纤 低,约为拉伸强度10%的水平。根据川端详细维相比生产能力多得多。 研究的纤维轴与直角方向的特性,压缩特性同 另外一方面,对位型芳纶的需求量每年为 样是低的。认为是因对位芳纶的刚直,同构成1.8-2万t。据推断,日本整个市场的年需求量为 分子结构的拉伸链和范德瓦尔斯以及氢键等分300t左右。与其它普通纤维相比,预计以高增 子间力薄弱引起的。 长率的需要增长着。 为此,一受到压缩力就容易压弯曲和纤维 朊化。与耐疲劳性相关的特性改良,是对位型5对位型芳纶应用开发状况 芳纶的课题。 具有高强度、高弹性模量优异特性的对位 4对位型芳纶的需求动向 型芳纶,它还具有耐热性、耐切割性等特性, 在各种应用范围展开。 表1对位型芳纶的性能 密度拉伸拉伸伸长 耐热 耐酸吸湿 项 m)强度模量、率Lo性 性率 )(GPa)% Kevlar291442971.83.62975·3 10704 14528199.02.4 Kevlar Kevlar119 1.44 3.1 54.7 PPTA Kevlar I291.443496.63.329 evar1491.472.31441.529 PPTA wa标准型14428803329901 高模量型1.452.81252.02990° 3.5 共聚型 Technora 1393472462575*284893 *1200℃×48h;*2200℃×10 C1994-2012ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
一 一 离科 技 仟稚 与 应 用 第 卷 模量 等 , 丰 富 多彩 。 的 有 序 和 高 模 量 型 号 , 分 别 同 , 的胜能大体相等 。 在 对位 型 芳 纶 之 中 , 表 现 出最 高 的强 度和 拉 断伸 长率 。 另外 , 它 的密度 也 是者 当中 最低 的 , 比 强度 也 高 , 在 轻量 化 方 面应 用 是有 利 的 。 从 所 形 成 的 特征 来说 , 耐化 学 药 品性 良好 。 因为 这 是 从 前面 所 述的致密 表 面 结 构 所 推 断 的 。 由于 会 有 高可 挠 性 非对 称 的 乙 醚 键 的 二 胺 作 为 成 分 , 分 子 容 易 运 动 , 所 以 比 纤 维 的疲 劳性 好 。 但 是 , 一 般情 况 下 对位型 芳 纶 的压 缩 强 度 低 , 约 为拉 伸 强度 的 水平 。 根 据 川端详 细 研究的纤维 轴与直 角方 向的特性 , 压缩特性 同 样是低 的 。 认 为是 因对位 芳纶 的刚 直 , 同构成 分 子 结构的 拉伸链和 范 德 瓦尔斯 以及 氢键等分 子 间力薄弱引起的 。 为此 , 一 受 到压 缩 力就容 易压 弯 曲和 纤维 阮化 。 与 耐 疲 劳性 相 关 的特性 改 良 , 是对 位 型 芳纶 的课题 。 对 ‘ 位 型 芳纶 的市场 被 长 期 独 占 , 可 是 , 由 于 公 司 的 、 帝 人 公 司 的 的出现 , 使独 占体制 崩溃 。 公 司T revar的投放 市场 , 也 使 人 注 目 。 K ev 】ar 以丰 富 的 品种 , 在 武 器 方 面 继 续 开 拓市场 。 T e e h n o r a 与K ev lar 及 T w ar on之 类稍 有 些 不 同 ; 有 效利 用 它的特征 , 进行 开 发利用 。 据 推 断 , 对 位 型 芳 纶 的生产 能力 , 其 中 , K e v l a r 的 年 产 量 为 28 500t , T w ar o n 的 年 产 量 为 10 500 t , T e e h n o r a 的年产 量 为7 00t , 3 家公 司 的 年 产量 合计 为4 万t 。 与 年 产 量 为 14 O 00t 的 碳 纤 维相 比生 产能 力多得 多 。 另外 一 方 面 , 对 位型 芳 纶的 需求 量 每 年 为 1 . 8一2 万t 。 据推断 , 日本整个 市场 的年 需求量 为 3 oo t左 右 。 与其它 普通纤维相 比 , 预 计 以 高增 长率的需要增长着 。 5 对位型芳纶 应用开发状况 4 对位型芳纶 的需求动 向 具 有 高强度 、 高弹性模量优异特性 的对位 型 芳纶 , 它还 具有 耐热性 、 耐切割 性等特性 , 在各 种应 用范 围展 开 。 表1 对位型芳纶的性能 密度 拉伸 拉伸 强 度 模量 (g/e叮 ) (G Pa ) (G Pa) 伸 长 耐热 耐碱 耐酸 吸湿 项 目 率 LO I 性% 性% 性% 率% % …0* 7斗,.J口 K C V ! a F 2 9 3 . 6 7 5 * 3 8.07 K e v l a r 4 9 1 Ke vl a r K e vi a r l 1 9 1 P P I , A K e vi a r l 2 9 1 K e v l a f l 4 9 1 2. 9 7 1 . 2 . 8 1 9 9 2 . 4 4 . 4 7 5 * 3 1 0 l 0 6 . 5 J 1 1 : ,J ,, 4 沙 、以 O l 9 气j勺一 什月内」 4 工Jt 4 7 ) 44 Tw ar on 标准 型 高模 量型 90 *l 90 *1 7 . 0 3 . 5 O了产 9g C,八O 矛‘J 2 勺‘,山2勺工, l , JU ,J O了 42 14 80 25 72 n6 0连 . 2 气乙,J 4 J砚g 4 . 4 , J . . 勺人卫曰.‘且 P P T A 共 聚型 T eeh n ora 75 *2 *1 200℃ X 4 8h ; * 3 20 0 ℃ X IO0 h * 2 2 00 ℃ X 1 00 0h * 4 5 5% R 』1 , 2 3 ℃
第6期 高田忠彦:对位型芳纶的性能和应用 高强度、高弹性模量对轻量化、高性能化纤维和钢纤维之类的FRP;替代金属、钢筋之 及其有利。替代轻金属材料的开发,据说,从类的使用。当然,由于对位型芳纶的出现,也 保护地球环境和节约资源、节能来说,也是有有它新开发的用途。 希望的 5.2.1航空、宇宙领域 对位型芳纶的开发应用例子如表2所示( 该领域要求最轻量性。虽然玻璃纤维补强 略)在这些用途当中,同时也是高强力聚乙烯材料还在使用,但是同碳纤维与对位型芳纶共 纤维、聚芳酯纤维等其它高性能纤维应用的目同补强FRP作为先进FRP(ACM)使用的很 标,不只是对位型芳纶所特有。可是,对位型多。例如,波音767和波音777飞机的零件。 芳纶具有市场销售早的历史背景,再者说,同5.2.2运输(汽车、自行车)领域 其它高性能纤维相比,性能平稳,也是被人们 汽车领域从成本来说,虽然对位型芳纶一 所理解的,最应进行应用开发 般用的很少,但是从节约燃料费用方面,因适 认为对位型芳纶是先开发的,紧接者才是应轻量化的要求,作为橡胶补强FRP(轮胎 其它髙性能纤维追赶上来是现时情况。在应用传动带、软管)的补强纤维,对位型芳纶用量 开发方面,通常是按性能与成本的平衡的思路增加起来。特别是以对位型芳纶和钢纤维复合 进行,但是,泡沫经济崩溃后的状况是重视成的高级轮胎为中心的产品预计增长。最近,住 本。包括高性能纤维全部在内,相互之间也必友橡胶公司把对位型芳纶用作传动带材料以及 然有竞争追逐之风。将来设想,根据高性能纤车轮圆缘材料开发了轮胎。由于减轻质量 维的各自特征,在应用上进行分工。 30%,不仅燃料费用节省,而且轮胎的性能也 应用开发大致分为两方面。一是纤维单独提高了。开发出对位型芳纶/水添NBR制的同步 使用,另一个是作为FRP使用,即,作为橡传动带,替代了玻璃纤维为主的OHC用同步传 胶、树脂、混凝土等基体的补强材料开展应 动带,已被搭载于卜彐夕的最高级轿车“七儿 用 寺”上,据说比玻璃纤维制的耐久性、耐水 性优异。还向CVT(无级变速器用)传动带进 51纤维单独应用 行展开 对位型芳纶以单独形式有很多用途。还与 作为自行车轮胎用的车轮圆缘材料,对位 高强力聚乙烯纤维和聚芳酯纤维之类竞争的是型芳纶树脂的曲线型FRP很适合,在可折叠式 绳索、网材、渔网等海洋、水产领域。担心耐 山地自行车上使用 侯性的对位型芳纶,很多用喷涂聚乙烯树脂和 对位型芳纶替代石棉作为刹车片用摩擦材 聚脂纤维等被覆使用。 料组分也在研究着 防弹背心、防刃材料、耐切割手套等防护 体育领域 材料,虽然很多也使用对位型芳纶,但据说使 高尔夫球手柄、滑雪板、网球拍框等应用 用高强度聚乙烯纤维也在增加。对位型芳纶与芳纶。 高强度聚乙烯纤维复合的防弹背心也在出售。 在该领域中,与碳纤维混杂使用的产品很 52与FRP相关的应用 多。碳纤维的高刚性和对位型芳纶优异的振动 作为橡胶、树脂、混凝土的补强材料,高衰减性使其复合,是互补纤维欠缺的方法。对 性能纤维发挥得最为有利。对位型芳纶与碳纤位型芳纶的压缩性能薄弱,可在拉伸应力方面 维同为最先行的材料。补强材料的形态,涉及使用上找办法 到短纤维、软线、网类、织物、3向织物等很广5.2.4建筑、土木领域 的范围。对位型芳纶的适用目标是:替代玻璃 短纤维补强混凝土(FRC),不必担心会 C1994-2012ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
第6期 高田 忠彦 : 对位型 芳纶 的性 能和应 用 一 43 一 高强 度 、 高弹 性模量 对 轻量化 、 高性 能化 及 其有 利 。 替代轻金 属 材料 的 开发 , 据 说 , 从 保护 地球环 境和节 约 资源 、 节 能来说 , 也 是有 希望 的 。 对 位 型 芳纶 的 开 发 应 用 例 子 如 表 2所示 ( 略 ) 在 这 些 用途 当 中 , 同时 也是 高强 力聚 乙 烯 纤维 、 聚 芳酷 纤维等其它 高性能纤维应 用 的 目 标 , 不 只 是 对位 型芳 纶 所特 有 。 可 是 , 对 位 型 芳 纶具 有 市 场销售 早 的历 史背景 , 再 者说 , 同 其它高性能 纤维相 比 , 性能平稳 , 也 是被人 们 所理解 的 , 最应进 行应用 开发 。 认 为对 位型 芳纶是 先 开 发的 , 紧接者 才是 其它 高性能 纤维 追赶 上 来是现 时情况 。 在 应 用 开发方 面 , 通常是 按 性能 与成本的平衡 的思 路 进行 , 但 是 , 泡 沫 经 济崩溃后 的状 况是 重 视 成 本 。 包 括 高性能 纤维全 部在 内 , 相 互之 间 也 必 然有竞争追 逐之 风 。 将来设想 , 根据 高性能纤 维的各 自特征 , 在应用 上进 行分工 。 应 用 开 发大致分为两 方 面 。 一是纤维单独 使 用 , 另一 个 是 作 为F R P 使 用 , 即 , 作 为橡 胶 、 树脂 、 混 凝 土 等 基体 的补 强 材料 开 展 应 用 。 5 . 1 纤维单独应用 对 ‘ 位 型 芳纶 以单 独 形 式有 很 多用途 。 还 与 高强 力聚 乙 烯纤维和 聚芳醋纤维之 类竞争 的是 绳 索 、 网材 、 渔 网等海洋 、 水 产 领 域 。 担 心 耐 侯 性 的对 位 型 芳纶 , 很 多用 喷涂 聚 乙 烯 树脂 和 聚脂纤维等 被覆 使用 。 防弹背 心 、 防刃 材料 、 耐 切 割手 套 等防 护 材料 , 虽然很 多也 使用对 位型 芳纶 , 但 据 说使 用 高强度聚 乙烯纤 维 也在增加 。 对 位型 芳纶 与 高强度聚 乙烯纤维复合的防弹背心 也在出售 。 5 . 2 与F RP 相 关的应用 作为橡胶 、 树脂 、 混凝 土 的补强 材料 , 高 性能 纤维发挥得最 为有利 。 对位型 芳纶 与碳纤 维同为最先 行 的材料 。 补强 材料 的形 态 , 涉 及 到短 纤维 、 软线 、 网类 、 织 物 、 3 向织物等很 广 的范 围 。 对 位型 芳纶 的适用 目标是 : 替代玻璃 纤维和 钢 纤维之类 的F R P ; 替代金 属 、 钢 筋之 类 的使用 。 当然 , 由于对位 型芳纶 的出现 , 也 有它新开发的用途 。 5 . 2 . 1 航空 、 宇 宙领域 该 领域要求最 轻量 性 。 虽 然玻璃纤维补强 材料 还 在使 用 , 但 是 同碳纤维 与对 位 型 芳纶 共 同 补 强 F RP 作 为 先 进 F R P ( A C M ) 使用 的 很 多 。 例如 , 波音 一 7 6 7 和 波音 一 7 7 7 飞机 的零件 。 5 . 2 . 2 运输 (汽车 、 自行车 ) 领域 汽车领 域从 成 本来说 , 虽 然对 位型 芳纶 一 般用的很少 , 但是从节约燃 料费用方面 , 因适 应 轻量 化的要求 , 作 为橡胶补强 F R P (轮胎 、 传 动 带 、 软 管 ) 的补强 纤维 , 对 位型 芳 纶用 量 增加起来 。 特别是 以对位型 芳纶 和 钢纤维复合 的 高级 轮 胎为中心 的产品预 计增长 。 最近 , 住 友橡胶公 司 把对 位型 芳 纶用 作传动带材料 以及 车 轮 圆 缘 材 料 开 发 了 轮 胎 。 由 于 减 轻 质 量 3 0% , 不 仅燃料费用 节 省 , 而 且轮 胎 的性能 也 提 高了 。 开 发出对 位型 芳纶/水添N B R 制 的同步 传动 带 , 替代 了玻璃纤维为主 的O H C 用同 步传 动带 , 已被搭载于 卜 日 夕 的最 高级 轿车 “ 七 少卜 夕 午 ” 上 , 据 说 比玻璃纤维制的耐久性 、 耐水 性优异 。 还 向C V T (无 级 变速 器用 ) 传动 带进 行展 开 。 作为 自行 车轮胎用 的车轮 圆缘 材料 , 对 位 型 芳纶/树脂的曲线型F R P 很适 合 , 在可折叠式 山地 自行 车上使用 。 对 位 型 芳纶替代 石 棉作为 刹 车片 用摩 擦材 料组 分也在研究着 。 5 . 2 . 3 体育领域 高尔夫球手柄 、 滑雪板 、 网球拍框等应 用 芳纶 。 在 该领域中 , 与碳纤维混 杂使用 的产品 很 多 。 碳纤维 的高刚性和对 位型芳纶优异 的振动 衰减 性使其复合 , 是 互 补纤维欠缺 的方 法 。 对 位型 芳纶 的 压 缩性能 薄弱 , 可在 拉 伸应 力方 面 使用 上找 办法 。 5 . 2 . 4 建筑 、 土木领域 短 纤维补强 混凝 土 (F R C ) , 不 必 担 心 会
高科披纤维与应用 第23卷 生锈的对位型芳纶补强树脂线型FRP,作为钢据说,也相当期待用作手提电话、PHS搭载的 筋的替代材料正在硏究。幕墙、桥粱补强(预印刷线路板基板 应力混凝土)、非磁性条件的直线电机轨道侧5.3其它 壁的补强材料正期待应用 对位型芳纶虽然以产业材料、FRP为应用中 作为软土堆补强材料方面,对位型芳纶树心,但是也向衣料方面展开试用。 脂FRP正在展开。阪神大地震以来,引人注目 例如,开发 Kevlar和聚脂纤维复合的“外亻 的是混凝士柱的补强、补修。作为补强、补修十*十又”。 材料,虽然同钢板、碳纤维有竞争,但是对位 型芳纶还在研究,据说有施工性好的成绩 结束语 525与电气有关的应用 在对位型芳纶的无纺布上,浸渍环氧树脂 笔者认为,有效利用对位型芳纶特征,适 使之固化,在表层贴上铜箔的印刷线路板基板合各种应用的情况都清楚了。但为了扩大对位 用材料,如图2所示,最近,松下电器产业和松型芳纶的应用,降低成本是当然的事,解决几 下电子部件公司共同开发的小型高强度可实际项课题是必要的。如压缩特性,纤维轴与直角 装配的多层树脂基板“ ALIVHTM”,也是用对 方向的性能,与基体的粘接性,改善染色等, 位型芳纶的无纺布即高耐热性环氧树脂构成 还要进行应用开发。都说把高强度、高弹性模 量作为特征,但实际强度仅是理论强度的10% 集成电路片零件 的程度。如果强度提高,用途就能扩大 当然,据推断其它高性能纤维的改良工作 焊剂 也在继续进行。为了保持对位型芳纶今后的优 芳纶-环氧树脂基板越地位,应及时很好的解决这些课题,给市场 提供几种产品。 内偏孔 期待着对位型芳纶的发展。 图2印刷线路基板 (毕鸿章译) ≈≈≈≈ ≈≈需≈≈≈≈ (上接第27页) 耐热与质地轻等特性,整体结构除梁柱使用钛、铝金属外,主体皆使用碳纤维强化聚亚酰胺树脂与 环氧树脂之ACM结构所构成。整组引擎外罩包含了左右两具引擎,分别由13件组件所组成,总共 有26件零件,结构设计上应用了至少14层的碳纤维积层板及高刚性的三明治结构,经共固化技术来 成化学性一体成型键结特性。针对三明治结构芯材的选用,也因座落在引擎中不同震动区域上而 有不同的选择:在结构区上应用了具备高刚性及抗震特性的蜂巢结构,以减低飞行时引擎所产生的 震动性;其他次结构区则选用了耐疲劳结构芯材,以减轻质量并提高其刚性值。整体经手积层后 置于热压罐内经190℃、85MPa成型固化而成,BM系统则需再置于200-230℃下进行10h后固化, 以提高其机械性能 由新一代飞机的设计上不难发现,ACM的导入,不仅在制造流程上可简化组装程序,更可延 长航空器的使用寿命、增加载荷能力,并可降低燃料成本与维修费用。 C1994-2012ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
第6期 高田 忠彦 : 对位型 芳纶 的性 能和应 用 一 43 一 高强 度 、 高弹 性模量 对 轻量化 、 高性 能化 及 其有 利 。 替代轻金 属 材料 的 开发 , 据 说 , 从 保护 地球环 境和节 约 资源 、 节 能来说 , 也 是有 希望 的 。 对 位 型 芳纶 的 开 发 应 用 例 子 如 表 2所示 ( 略 ) 在 这 些 用途 当 中 , 同时 也是 高强 力聚 乙 烯 纤维 、 聚 芳酷 纤维等其它 高性能纤维应 用 的 目 标 , 不 只 是 对位 型芳 纶 所特 有 。 可 是 , 对 位 型 芳 纶具 有 市 场销售 早 的历 史背景 , 再 者说 , 同 其它高性能 纤维相 比 , 性能平稳 , 也 是被人 们 所理解 的 , 最应进 行应用 开发 。 认 为对 位型 芳纶是 先 开 发的 , 紧接者 才是 其它 高性能 纤维 追赶 上 来是现 时情况 。 在 应 用 开发方 面 , 通常是 按 性能 与成本的平衡 的思 路 进行 , 但 是 , 泡 沫 经 济崩溃后 的状 况是 重 视 成 本 。 包 括 高性能 纤维全 部在 内 , 相 互之 间 也 必 然有竞争追 逐之 风 。 将来设想 , 根据 高性能纤 维的各 自特征 , 在应用 上进 行分工 。 应 用 开 发大致分为两 方 面 。 一是纤维单独 使 用 , 另一 个 是 作 为F R P 使 用 , 即 , 作 为橡 胶 、 树脂 、 混 凝 土 等 基体 的补 强 材料 开 展 应 用 。 5 . 1 纤维单独应用 对 ‘ 位 型 芳纶 以单 独 形 式有 很 多用途 。 还 与 高强 力聚 乙 烯纤维和 聚芳醋纤维之 类竞争 的是 绳 索 、 网材 、 渔 网等海洋 、 水 产 领 域 。 担 心 耐 侯 性 的对 位 型 芳纶 , 很 多用 喷涂 聚 乙 烯 树脂 和 聚脂纤维等 被覆 使用 。 防弹背 心 、 防刃 材料 、 耐 切 割手 套 等防 护 材料 , 虽然很 多也 使用对 位型 芳纶 , 但 据 说使 用 高强度聚 乙烯纤 维 也在增加 。 对 位型 芳纶 与 高强度聚 乙烯纤维复合的防弹背心 也在出售 。 5 . 2 与F RP 相 关的应用 作为橡胶 、 树脂 、 混凝 土 的补强 材料 , 高 性能 纤维发挥得最 为有利 。 对位型 芳纶 与碳纤 维同为最先 行 的材料 。 补强 材料 的形 态 , 涉 及 到短 纤维 、 软线 、 网类 、 织 物 、 3 向织物等很 广 的范 围 。 对 位型 芳纶 的适用 目标是 : 替代玻璃 纤维和 钢 纤维之类 的F R P ; 替代金 属 、 钢 筋之 类 的使用 。 当然 , 由于对位 型芳纶 的出现 , 也 有它新开发的用途 。 5 . 2 . 1 航空 、 宇 宙领域 该 领域要求最 轻量 性 。 虽 然玻璃纤维补强 材料 还 在使 用 , 但 是 同碳纤维 与对 位 型 芳纶 共 同 补 强 F RP 作 为 先 进 F R P ( A C M ) 使用 的 很 多 。 例如 , 波音 一 7 6 7 和 波音 一 7 7 7 飞机 的零件 。 5 . 2 . 2 运输 (汽车 、 自行车 ) 领域 汽车领 域从 成 本来说 , 虽 然对 位型 芳纶 一 般用的很少 , 但是从节约燃 料费用方面 , 因适 应 轻量 化的要求 , 作 为橡胶补强 F R P (轮胎 、 传 动 带 、 软 管 ) 的补强 纤维 , 对 位型 芳 纶用 量 增加起来 。 特别是 以对位型 芳纶 和 钢纤维复合 的 高级 轮 胎为中心 的产品预 计增长 。 最近 , 住 友橡胶公 司 把对 位型 芳 纶用 作传动带材料 以及 车 轮 圆 缘 材 料 开 发 了 轮 胎 。 由 于 减 轻 质 量 3 0% , 不 仅燃料费用 节 省 , 而 且轮 胎 的性能 也 提 高了 。 开 发出对 位型 芳纶/水添N B R 制 的同步 传动 带 , 替代 了玻璃纤维为主 的O H C 用同 步传 动带 , 已被搭载于 卜 日 夕 的最 高级 轿车 “ 七 少卜 夕 午 ” 上 , 据 说 比玻璃纤维制的耐久性 、 耐水 性优异 。 还 向C V T (无 级 变速 器用 ) 传动 带进 行展 开 。 作为 自行 车轮胎用 的车轮 圆缘 材料 , 对 位 型 芳纶/树脂的曲线型F R P 很适 合 , 在可折叠式 山地 自行 车上使用 。 对 位 型 芳纶替代 石 棉作为 刹 车片 用摩 擦材 料组 分也在研究着 。 5 . 2 . 3 体育领域 高尔夫球手柄 、 滑雪板 、 网球拍框等应 用 芳纶 。 在 该领域中 , 与碳纤维混 杂使用 的产品 很 多 。 碳纤维 的高刚性和对 位型芳纶优异 的振动 衰减 性使其复合 , 是 互 补纤维欠缺 的方 法 。 对 位型 芳纶 的 压 缩性能 薄弱 , 可在 拉 伸应 力方 面 使用 上找 办法 。 5 . 2 . 4 建筑 、 土木领域 短 纤维补强 混凝 土 (F R C ) , 不 必 担 心 会
