谈及有机高性能纤维，除之前提到的PBO纤维和PI纤维，自然也少不了芳纶纤维，尤其是大家熟知的“防火纤维”（即芳纶1313）和“防弹纤维”（即芳纶1414）。接下来就让我们走进芳纶纤维的世界。

　　一、芳纶纤维的简介

　　芳纶纤维全称为“芳香族聚酰胺纤维”，英文为Aramid fiber，是一种新型高科技合成纤维，主要分为间位芳酰胺纤维（PMIA）、对位芳酰胺纤维（PPTA）和三元共聚杂环芳酰胺纤维三大类。芳纶纤维具有超高强度、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550℃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。

　　二、芳纶纤维的发展史

　　芳纶纤维最早开发于20世纪60年代初，由一位波兰裔女化学家斯特凡妮娅·郭力克发现，用以代替尼龙。1962年美国杜邦公司率先研制出商品名为“Nomex”的间位芳纶，并于1967年开始工业化生产；1966年又研制出商品名为“Kevlar”的对位芳纶，并于1971年开始工业化生产。由于Kevlar纤维取得了巨大成功，众多科学家们又致力于对Kevlar纤维进行进一步共聚改性研究，如Twaron纤维和杂环芳纶“Armos”等，其性能超越了Kevlar纤维。2000年，帝人集团接管了Twaron所有的业务，在全世界销售四种不同品牌的芳纶产品，以Twaron为最强大品牌。2006—2009年，韩国科隆集团和晓星集团也踏上了芳纶产业的市场，相继投产了对位芳纶Heracron和Akex。

　　国内起步较晚，于1972年开始芳纶的研制工作，并于1981年通过了芳纶1313的鉴定，1985年通过了芳纶1414的鉴定，它们分别相当于美国杜邦公司的Nomex和Kevlar。2003年，中蓝晨光化工研究设计院有限公司又成功开发了芳纶Ⅲ（其化学结构与Armos类似），随后国内也开发了该类杂环芳纶，并命名为F12。然而由于技术和资源等多种原因，我国生产的芳纶1414纤维性能依然赶不上杜邦公司的Kevlar-49纤维，一些高端产品仍需依靠进口。

　　三、芳纶纤维的性能特点

　　1.基本力学性能

　　芳纶1313为柔性高分子材料，低刚度高伸长特性使之具备与普通纤维相同的可纺性，而且耐磨抗撕裂，适用范围十分广泛。芳纶1414有极高的强度，是优质钢材的5——6倍，模量是钢材或玻璃纤维的2——3倍，重量仅为钢材的1/5。如对位芳纶中帝人的Twaron和韩国科隆的Heracron纤维，强度分别20.7cN/dtex和21cN/dtex左右，而模量分别420——1000cN/dtex和550——870cN/dtex之间。F12纤维则为芳纶纤维中的佼佼者，其强度比Kevlar纤维提高了20%——30%，且密度仅为1.45g/cm³。以下为三种芳纶纤维与其他高性能有机纤维的基本力学性能对比。

　　2.耐热阻燃性能

　　芳纶纤维最突出的特点就是耐高温性能好，可在220℃高温下长期使用而不老化。其中芳纶1313只有在370℃以上的强温下才开始分解，400℃左右开始碳化；芳纶1414的连续使用温度范围极宽，在-196℃——204℃范围内可长期正常运行，耐热性更胜芳纶1313一筹，热分解温度可达550℃，也高于日本帝人Twaron的500℃；F12也具有较好的耐热性能，热分解温度为536℃。

　　另外，阻燃性能也是芳纶纤维的一个突出特点，它在空气中不燃烧、不助燃，具有自熄性，属于难燃纤维。其极限氧指数为29%，F12纤维更是高达35%。

　　3.化学稳定性能

　　芳纶纤维大分子中苯环刚性基团含量高，使纤维的结晶度高，其结构异常稳定，具有优良的耐化学性能。尤其是间位芳纶纤维，它是由酰胺键连接芳基所构成的线型大分子，其晶体中，氢键在两个平面内排列成三维结构，较强的氢键作用使得其化学结构稳定，可耐大多高浓无机酸及其它化学品的腐蚀、抗水解作用和蒸汽腐蚀。

　　4.其他性能

　　芳纶纤维还具有优异的电绝缘性能，固有的介电强度使其在高温、低温、高湿条件下均能保持优良的电绝缘性，用其制备的绝缘纸耐击穿电压可达到10万伏/㎜。此外，间位芳纶还具有十分优异的耐α、β、χ射线以及紫外光线辐射的性能，例如用50Kv的χ射线辐射100小时，其纤维强度保持原来的73%。

　　四、芳纶纤维的缺陷

　　1.耐紫外线性能

　　对位芳纶和杂环芳纶结构中由于存在大量的苯环和羰基，其共轭结构会吸收紫外线能量引起酰胺键断裂，而耐紫外线性能差的缺点也使其在应用过程中受到了很大的限制。

　　2.轴向压缩强度

　　作为复合材料的增强体，芳纶纤维的压缩强度仅为200—400MPa，不及其拉伸强度的1/10，远低于碳纤维的压缩强度（＞1.0GPa），限制了其在复合材料等领域的应用。

　　3.表面粘接性能

　　由于芳纶纤维是由高度共轭的刚性结构组成的，惰性大，表面光滑，导致其与树脂基体界面粘接性较差。

　　4.热解气体的释放

　　江南大学付立凡在《消防用聚酰亚胺阻燃织物的开发与性能研究》一文中提到，600℃的温度下，芳纶1313会热解逸出大量的有毒气体氢氰酸（HCN），其特征峰存在于615cm^-1——815cm^-1处，比聚酰亚胺纤维释放的还要多，对人体健康造成了一定程度的危害。该观点在中原工学院齐大鹏的《对位芳纶纤维热力学性能研究》一文中也得到了论证。

　　五、芳纶纤维的应用

　　芳纶纤维是重要的国防军工材料，为了适应现代战争的需要，目前，美、英等发达国家的防弹衣均为芳纶材质，芳纶防弹衣、头盔的轻量化，有效提高了军队的快速反应能力和杀伤力。除了军事上的应用外，芳纶现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、体育用品等国民经济的各个方面。在航空、航天方面，芳纶由于质量轻而强度高，节省了大量的动力燃料，据国外资料显示，在宇宙飞船的发射过程中，每减轻1公斤的重量，意味着降低100万美元的成本。除此之外，科技的迅猛发展正在为芳纶开辟着更多新的民用空间。据报道，目前芳纶产品用于防弹衣、头盔等约占7—8%，航空航天材料、体育用材料大约占40%；轮胎骨架材料、传送带材料等方面大约占20%左右，还有高强绳索等方面大约占13%。

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