芳綸纖維

芳綸纖維

芳綸纖維具有高強度、高模量、耐高溫、耐酸堿、重量輕以及較好的絕緣性和抗老化性等特點，其強度是鋼絲的5倍～6倍，模量為鋼絲或玻璃纖維的2 倍～3倍，韌性是鋼絲的2倍，而重量僅為鋼絲的1/5左右，常被用作製備高性能複合材料的增強體，在高性能纖維中占有重要地位。

芳綸纖維主要包括全芳香族聚酰胺纖維和雜環芳香族聚酰胺纖維兩種，可分為鄰位芳綸、對位芳綸( PPTA) 和間位芳綸( PMTA) 三種，其中實現工業化的產品主要有間位芳綸和對位芳綸兩種。這兩大類芳綸的主要區別在於酰胺鍵與苯環上的C 原子的連接位置不同。

對位芳綸，即聚對苯二甲酰對苯二胺( PPTA)纖維，我國稱芳綸1414，分子鏈中85% 以上的酰胺鍵直接鍵合在芳香環上的線性高分子聚合物。對位芳綸主要有美國杜邦的Kevlar 纖維、日本帝人公司的Twaron 和Technora 纖維、煙台泰和新材的Taparan( 泰普龍) 纖維等。它是世界上首例采用高分子液晶紡絲液製得的纖維，開創了高性能合成纖維的新時代。在現有的高性能纖維中，對位芳綸是綜合性能最好的纖維之一，其最突出的特點是高強、高模和耐高溫。以凱夫拉( Kevlar) 纖維為例，其強度為鋼絲的3 倍，滌綸工業絲的4 倍，初始模量為滌綸工業絲的4 倍～ 10 倍，尼龍的10 倍。幾種對位芳綸的力學性能如表2。

對位芳綸具有較高的玻璃化轉變溫度( Tg) 和熱分解溫度( 表3) ，熱穩定性好，在高溫下仍能保持較高的強度; 纖維的極限氧指數( LOI) 較高，阻燃性好。實驗測得對位芳綸在150℃ 下的收縮率為0，260℃高溫下仍可保持原強度的65%，並且短時間暴露在300℃的環境中，纖維的力學性能幾乎不受影響，低溫下不會發生脆化和降解。

盡管對位芳綸具有多種優異性能，也存在一些不足之處。由於對位芳綸分子間作用力較弱，纖維表麵缺少活性基團，導致其壓縮強度和壓縮模量低，纖維與樹脂界麵的黏結強度低。對位芳綸分子結構中存在酰胺基等極性基團，纖維吸濕性差，吸濕後，由於水分子的入侵破壞了分子間的氫鍵作用，使纖維強度下降，複合材料的彎曲性能、壓縮性能均降低。此外，對位芳綸不耐強酸、強堿，耐光性、耐紫外性能均較差。

間位芳綸，即聚間苯二甲酰間苯二甲胺( PMTA)纖維，我國又稱芳綸1313，最早是由美國杜邦公司研製成功的Nomex，並於1967 年實現工業化生產，還有日本帝人的Conex，煙台泰和新材的Tametar( 泰美達) 等。間位芳綸是有機耐高溫纖維中發展最快的晶種，纖維分子由酰胺基團相互連接間位苯基構成，分子鏈呈線性鋸齒狀，由於分子間具有較強的氫鍵作用，纖維具有優異的阻燃性、熱穩定性、耐輻射等性能。

間位芳綸屬難燃纖維，在空氣中不會自燃或融化，離開火焰後會自熄。纖維遇高溫時，會迅速膨脹碳化，形成隔熱層，能阻擋熱量的傳遞，起到有效的保護作用。在250℃ 以上高溫中連續長時間使用後，仍具有較高的強度和尺寸穩定性。在350℃以下不會發生明顯的分解和碳化。當溫度超過400℃時，纖維逐漸發脆、炭化直至分解，但是不會產生熔滴。間位芳綸介電常數很低，在低溫、高溫、高濕條件下均能保持優良的電絕緣性，是全球公認的最佳絕緣材料。間位芳綸織物具有優良的抗輻射性能，實驗表明，其在50kV 的X 射線連續照射250h 後，仍能保持原有強度的49%。間位芳綸在酸、堿、有機溶劑、還原劑以及漂白劑中的穩定性較好，但不能與強酸、強堿等長期作用。間位芳綸對日光的穩定性較差，難以染色。