第19卷第5期 高分子材料科学与工程 Vol 19.No 5 2003 F9 POL YM ER MA TER IL S SC IEN CE AND ENGNEER NG Sept 2003 影响芳纶纤维及其复合材料性能的因素和改善方法 李同起,王成扬 (天津大学化工学院,天津300072) 摘要介绍了芳纶纤维的发展历程和各种性能,对影响芳纶纤维及其复合材料性能的因素,如纤维结构、 成纤条件、工作环境、后处理等进行了论述,并详细阐述了加填充剂、表面改性、低分子聚合改性等改善 它们性能的方法 关键词芳纶纤维聚对苯二甲酰对苯二胺复合材料性能影响因素,改善方法 中图分类号:TQ342.72 文献标识码A 文章编号:1000-7555(2003)05-0005-05 芳纶纤维包括芳香族聚酰胺纤维和芳香族纤相比,具有长度短(≤4mm)、毛羽丰富、长径 聚酰亚胺纤维,有时也被称为有机纤维。芳香族比高、比表面积大(可达7m2/g9m2/g)等特 聚酰胺纤维因大规模工业化生产已获得广泛应点,可更好地分散于基体中制成性能优良的各 用。一般所提及的芳纶纤维主要是芳香族聚酰向同性复合材料,此时PPTA长纤维的一些缺 胺类纤维,其中又以聚对苯二甲酰对苯二胺陷基本上被掩盖,加之良好的耐热性、耐腐蚀性 (PPTA)应用最广,本文所论述的芳纶主要也和好的力学性能,使其在摩擦密封复合材料(代 为PPTA纤维。芳纶纤维的历史很短,发展迅替石棉)中得到极佳的应用。某些国家浆粕的应 速。工业化的芳纶纤维于1969年由罗纳普朗克用高达芳纶用量的96%之多 推出,商品名为 Kemel,该产品是间位芳族纤 芳纶纤维具有密度小、强度高、模量大、比 维。第一个工业化的对位芳纶纤维是 Dupont硬度大、耐腐蚀耐磨损、热稳定性好、低电导等 公司于1972年推出的 Kevlar纤维(中译名为诸多优良特性,被广泛应用于航空、航天、军事 凯芙拉纤维,是PPTA纤维),并在以后多年一以及民用等方面,已成为一种现代化社会中不 直占据对位芳纶纤维的大部分市场,直到1986可缺少的高性能纤维,并且随着其性能价格比 年荷兰 akzo nobel公司的 Twaron纤维、日本的提高,必将获得更为广泛的应用。以前芳纶纤 帝人公司的 Techno ra纤维和俄罗斯的 A rom s维按其性能主要分为耐热芳纶纤维和高强度高 纤维的相继出现,才使 Kevlar纤维的市场独占模量芳纶纤维两大类,但随着对芳纶纤维研 体系瓦解。我国于20世纪80年代初研制出两究的深入,许多新的性能被开发出来并得到广 种纤维产品,其结构如下 泛应用,其分类也应该是多元化的。 (I型 影响芳纶纤维及其复合材料性能的因素 与凯芙拉结构一致,命名为芳纶1414(1型)与11芳纶纤维及其复合材料的性能 不同类型的芳纶纤维由于其生产工艺纺 芳纶14(Ⅱ型),统称为芳纶纤维s。 丝条件、所处工作环境等的不同会造成芳纶纤 1981年 Dupont a公司开发出 Kev lar浆粕维性能上的很大差异,一般说来芳纶纤维具有 ( PPTA pulp)型纤维。 PPTA"pulP型纤维是 以下的特性。 种新型的差别化芳纶纤维,与PPTA长丝和短 收稿日期2001-09-19修订日期2001-12-30 作者简介:李同起,男,24岁,硕士生联系人:王成扬 c1994-2010ChinaAcademicJourmalElectronicpUblishingHouseAllrightsreservedhrtp://www.enki.net第 19 卷第 5 期 高分子材料科学与工程 Vo l. 19,No. 5 2003 年 9 月 POL YM ER M A TER IAL S SC IEN CE AND EN G IN EER IN G Sep t. 2003 影响芳纶纤维及其复合材料性能的因素和改善方法 Ξ 李同起, 王成扬 (天津大学化工学院, 天津 300072) 摘要: 介绍了芳纶纤维的发展历程和各种性能, 对影响芳纶纤维及其复合材料性能的因素, 如纤维结构、 成纤条件、工作环境、后处理等进行了论述, 并详细阐述了加填充剂、表面改性、低分子聚合改性等改善 它们性能的方法。 关键词: 芳纶纤维; 聚对苯二甲酰对苯二胺; 复合材料; 性能; 影响因素; 改善方法 中图分类号: TQ 342 + . 72 文献标识码: A 文章编号: 100027555 (2003) 0520005205 芳纶纤维包括芳香族聚酰胺纤维和芳香族 聚酰亚胺纤维, 有时也被称为有机纤维。芳香族 聚酰胺纤维因大规模工业化生产已获得广泛应 用。一般所提及的芳纶纤维主要是芳香族聚酰 胺类纤维, 其中又以聚对苯二甲酰对苯二胺 (PPTA ) 应用最广, 本文所论述的芳纶主要也 为 PPTA 纤维。芳纶纤维的历史很短, 发展迅 速。工业化的芳纶纤维于 1969 年由罗纳普朗克 推出, 商品名为 Kerm el, 该产品是间位芳族纤 维。第一个工业化的对位芳纶纤维是D upon t 公司于 1972 年推出的 Kevlar 纤维 (中译名为 凯芙拉纤维, 是 PPTA 纤维) , 并在以后多年一 直占据对位芳纶纤维的大部分市场, 直到 1986 年荷兰A kzo N obel 公司的 Tw aron 纤维、日本 帝人公司的 Techno ra 纤维和俄罗斯的A rom s 纤维的相继出现, 才使 Kevlar 纤维的市场独占 体系瓦解。我国于 20 世纪 80 年代初研制出两 种纤维产品, 其结构如下:  CO CONH NH ε (É 型)  HN CO ε (Ê 型) 与凯芙拉结构一致, 命名为芳纶 1414 (É 型) 与 芳纶 14 (Ê 型) , 统称为芳纶纤维[1～ 5 ]。 1981 年, D upon t 公司开发出 Kevlar 浆粕 (PPTA 2pu lp ) 型纤维。PPTA 2pu lP 型纤维是一 种新型的差别化芳纶纤维, 与 PPTA 长丝和短 纤相比, 具有长度短(≤4 mm )、毛羽丰富、长径 比高、比表面积大(可达 7 m 2ög～ 9 m 2ög) 等特 点, 可更好地分散于基体中制成性能优良的各 向同性复合材料, 此时 PPTA 长纤维的一些缺 陷基本上被掩盖, 加之良好的耐热性、耐腐蚀性 和好的力学性能, 使其在摩擦密封复合材料(代 替石棉) 中得到极佳的应用。某些国家浆粕的应 用高达芳纶用量的 96% 之多。 芳纶纤维具有密度小、强度高、模量大、比 硬度大、耐腐蚀、耐磨损、热稳定性好、低电导等 诸多优良特性, 被广泛应用于航空、航天、军事 以及民用等方面, 已成为一种现代化社会中不 可缺少的高性能纤维, 并且随着其性能价格比 的提高, 必将获得更为广泛的应用。以前芳纶纤 维按其性能主要分为耐热芳纶纤维和高强度高 模量芳纶纤维两大类[4 ] , 但随着对芳纶纤维研 究的深入, 许多新的性能被开发出来并得到广 泛应用, 其分类也应该是多元化的。 1 影响芳纶纤维及其复合材料性能的因素 1. 1 芳纶纤维及其复合材料的性能 不同类型的芳纶纤维由于其生产工艺、纺 丝条件、所处工作环境等的不同会造成芳纶纤 维性能上的很大差异, 一般说来芳纶纤维具有 以下的特性。 Ξ 收稿日期: 2001209219; 修订日期: 2001212230 作者简介: 李同起, 男, 24 岁, 硕士生. 联系人: 王成扬