先进高分子材料——芳纶纤维

先进高分子材料——芳纶纤维

先进高分子材料

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先进高分子材料是指具有相对独特的物理化学性能、适宜在特殊领域或特定环境下使用的、节能环保的、新一代新能源、生物科技、信息技术、高端装备制造等战略性新兴产业发展急需的、国计民生需要而且市场较为短缺的各类新型高分子合成材料，或传统高分子材料中的特殊品种。按照材料的结构或者性能特点，将先进材料分为四个子领域：特种合成橡胶，高端工程塑料、特种合成纤维和其他功能性高分子材料。

特种合成纤维按照性能主要划分为五大类：1、耐强腐蚀性纤维，指以聚四氟乙烯纤维为代表的含氟类纤维；2、耐高温纤维，指长期使用温度在180℃以上的纤维，代表品种有聚间苯二甲酰间苯二胺纤维（间位芳纶），其在260℃加热1000h的强度保持率为65%，是有机耐高温纤维的标准品，另一类是热塑性的聚苯硫醚纤维，耐热性及耐强腐蚀性优于前者；3、抗燃纤维，指化学结构为稠环类、三向交联或金属螯合等不燃纤维，代表品种有密胺纤维、酚醛纤维；4、高强高模纤维，一般指强度在18cN/dtex以上、模量至少为400cN/dtex的纤维，大都兼有耐热性能，其代表品种有聚对苯二甲酰对苯二胺纤维（对位芳纶）、超高分子量聚乙烯纤维、碳纤维；5、功能纤维，指有特殊功能的纤维，其代表品种有中空纤维分离膜、活性碳纤维、塑料光导纤维、生物降解纤维和纳米纤维。[1]

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这里主要介绍芳纶纤维，主要有聚间苯二甲酰间苯二胺纤维（间位芳纶）、聚对苯二甲酰对苯二胺纤维（对位芳纶）两种性能良好的纤维。

芳纶1313（间位芳纶）最早由美国杜邦公司研制成功,并于1967年实现了工业化生产。芳纶1313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,其电气性能与机械性能的有效性可保持10年之久,而且尺寸稳定性极佳,在250 ℃左右的热收缩率仅为1%,短时间暴露于300℃高温中也不会收缩、脆化、软化或者融熔,只在370 ℃以上的强温下才开始分解, 400 ℃左右开始碳化。如此高的热稳定性在目前有机耐温纤维中是绝无仅有的。

本色芳纶1313纤维因为分子聚合度高、强度高的特殊性,造成其具有染色性能不佳,染色后色牢度较差等特点,在一定程度上限制了芳纶1313纤维在高性能防护服装的应用。面对此问题,超美斯新材料股份有限公司在本色芳纶1313的纤维基础上,攻克难关,自主研发了原液着色芳纶1313纤维技术。原液着色芳纶1313纤维不仅保持了本色芳纶1313纤维的性能,而且颜色鲜艳、靓丽,色系丰富,进一步拓展了芳纶1313纤维在阻燃防护领域的应用。目前超美斯芳纶纤维已被广泛应用于多个行业领域之中。[2]

芳纶1414（对位芳纶）外观呈金黄色,貌似闪亮的金属丝线,实际上是由刚性长分子构成的液晶态聚合物。由于其分子链沿长度方向高度取向,并且具有极强的链间结合力,从而赋予纤维空前的高强度、高模量和耐高温特性。芳纶1414的发现被认为是材料界发展的一个的重要里程碑。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,韧性是钢材的2倍,而重量仅为钢材的1/5。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。在150 ℃下的收缩率为0,在560 ℃的高温下不分解不熔化,耐热性更胜芳1313一筹,且具有良好的绝缘性和抗腐蚀性,生命周期很长,因而赢得“合成钢丝”的美誉。芳纶1414首先被应用于国防军工等尖端领域。为适应现代战争及反恐的需要,美、俄、英、德、法、以色列、意大利等许多国家军警的防弹衣、防弹头盔、防刺防割服、排爆服、高强度降落伞、防弹车体、装甲板等均大量采用了芳纶1414,除了军事领域外,芳纶1414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、海洋水产、体育用品等国民经济各个方面。

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芳纶纤维以其优异的性能，在国防、航空航天、建筑、交通等领域应用广泛，随着新能源汽车、5G通信等国家战略性新兴领域的发展，芳纶纤维也将迎来巨大的发展契机。国内外采用的芳纶纤维的聚合生产工艺有低温聚合、乳液聚合、界面聚合等，但由于受工业化、连续化生产的影响，目前普遍采用的工艺多以低温聚合为主。近年来，随着微通道反应器在工业生产中的应用越来越广，微通道反应器也逐渐开始在芳纶生产中得到应用和推广。可以预见未来芳纶纤维的生产将更加趋于环保、节能、安全、高效