芳纶的家族成员们

2015-10-15 17:27:00

芳纶是一种新型高科技合成材料,是芳香族聚酰胺的统称。它是一种重要的主链型高分子液晶,有超高强度、高模量和耐高温等优良性能,目前已被广泛应用于国防军工、及航天航空、机电、建筑、汽车、体育用品等国民经济的各个方面。据估计,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%。

自20世纪60年代后期以来,已经有多种芳纶问世,并工业化生产。芳纶种类比较多,其划分的方法也有多种。

根据结构划分,芳纶可分为对位芳纶、间位芳纶和邻位芳纶。对位芳纶单体的上的功能团为对位,聚合得到的链段比较规整,耐高温性能好,强度、高模量,以杜邦的Kevlar系列产品为代表。间位芳纶单体的上的功能团为间位,聚合得到的链段呈锯齿型,耐高温,但强度模量都比较低,以杜邦的Nomex系列产品为代表。邻位芳纶单体的上的功能团为邻位,以杜邦的Korex系列产品为代表。

根据结构划分,如对位就是苯环上的14位置,间位就是苯环上的13位置,如芳纶14的聚合单体就是对氨基苯甲酸,芳纶1414就是前面所说的对位芳纶,芳纶1313就是前面所说的间位芳纶。

根据聚合单体的种类,如前面所说的芳纶14又叫芳纶I型,芳纶1414和芳纶1313又叫芳纶II型。当在对苯二甲酸和对苯二胺、间苯二甲酸和间苯二胺等常见结构加入第三单元单体如4,4’-二氨基二苯醚、5(6)-胺基-2-(4-胺基苯基)苯并咪唑等得到的芳纶可称为芳纶III型。如果第三单元单体为杂环结构,人们还常称之为杂环芳纶。

芳纶具有高强度、高模量和耐高温等优良性能,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。芳纶在其高性能的同时,也造成加工的困难。因为芳纶不能熔融,已经工业化的几种芳纶产品,无法进行注塑、挤出等,只能在溶液中加工。而在溶液状态加工,就只能采取纺丝、成膜等工艺。芳纶常用的加工方法就是纺成长丝,或者通过浆粕化、长丝短切得到短纤维。长丝、浆粕等纤维态产品,应用的领域较为狭窄,为了获得更广泛的应用,更好的发挥芳纶的优异性能,就要进一步加工。如长丝虽可作为复合材料中的骨骼材料,但进一步的加工,编成缆绳、纺成芳纶布等,应用更加广泛;短纤维可以代替玻纤用于注塑、复合材料,而抄纸后,应用的可能性更多。

芳纶中最具实用价值的品种有两个:一是间位芳纶;二是对位芳纶。两者化学结构相似,但性能差异却很大,应用领域各有不同。前者以其出色的耐高温绝缘性,成为高品质功能性纤维的一种,而后者极好的力学性能使之在高性能纤维中占据着重要地位。

间位芳纶,即芳纶1313,是一种柔软洁白、纤细蓬松、富有光泽的纤维,外观与普通化纤并无二致,却集众长于一身,拥有超乎寻常的“特异功能”,如:可在220℃高温下长期使用而不老化,超过370℃的强温下才开始分解;属于难燃纤维,不会在空气中燃烧,也不助燃,具有自熄性;介电常数很低,用其制备的绝缘纸耐击穿电压可达到10万伏/mm,是公认的最佳绝缘材料。通过对这些特性加以综合利用,一系列芳纶新产品被不断地开发出来,在安全防护、高温过滤、电气绝缘、结构材料等领域的应用越来越广,已成为军事、工业、科技等许多领域不可或缺的重要基础材料。主要品种有美国杜邦的Nomex、烟台泰和新材的Tametar(泰美达)、日本帝人的Conex等。

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