芳纶的主要性能特点

芳纶的主要性能特点
芳纶具有轻质、阻燃、耐温、绝缘、抗辐射、高强度、高弹性模量等优异特性；广泛应用于军事国防、安全防护、航空航天、环保、电子电气材料等领域。
1   力学性能
对位芳纶显著的特性是高强度、高模量，其强度大于25克/旦，是优质钢材的5～6倍、玻纤的3倍、高强尼龙工业丝的2倍；模量是优质钢材或玻璃纤维的2～3倍、高强尼龙工业丝的10倍；韧性是钢丝的2倍。另外芳纶纤维重量轻，其重量仅为钢丝的1/5左右。

对位芳纶与其他高强度纤维的性能比较

2   耐热性能
芳纶纤维具有长久的热稳定性，芳纶1313在130℃时强度几乎无损失，可以在220℃使用十年以上，在260℃高温下100小时，机械强度仍保持原来的65%，400℃左右开始碳化而不熔融。芳纶1414的耐热性更胜芳纶1313一筹，在150℃下的收缩率为0，在560℃的高温下不分解不熔融。而锦纶和聚酯的强力和模量均随温度的升高而下降。各纤维材料的热性能指标如下表所示。

3   阻燃性能
通常空气中氧气含量为21%，而芳纶1313的极限氧指数大于28%，芳纶1414的极限氧指数在30%左右，属于难燃纤维，所以不会在空气中燃烧，也不助燃，有自熄性，不产生熔滴，遇到极高温度时，纤维会迅速膨胀碳化，形成特有的绝热层，能阻挡外部的热量传入内部，起到有效的保护作用。这种源于本身分子结构的固有特性使芳纶永久阻燃，具有“防火纤维”之美称。

4   耐化学腐蚀性能
芳纶纤维具有优良的耐化学腐蚀性能，通常只有把芳纶长时间暴露在浓度相对高的酸或碱溶液中，才会对芳纶的性能产生显著影响。并且，芳纶对霉菌或锈蚀不敏感。
5   电绝缘性
芳纶纤维电导率很低，而且由于纤维吸湿性较差，使其在高低温和高低湿度环境中均可以保持优良的电绝缘性能。用芳纶1313制备的绝缘纸耐击穿电压可达到100kV/mm。芳纶1414的电阻达到5×1014Ω/cm。由于出色的电绝缘性能，使其在电子电气领域有着很好的应用前景。
除以上介绍的性能之外，芳纶帘线还具有较好的抗老化性、耐磨性以及耐辐射性能等。作为一类高性能材料，芳纶的优异性能在不同的领域被开发应用。

芳纶的应用领域
1、军事国防领域
芳纶复合材料可以制造导弹的固体火箭发动机壳、压力容器、宇宙飞船驾驶舱、潜艇、防弹装甲车、防弹运钞车、防弹板、防弹头盔、防弹衣等。
1）防弹头盔
芳纶防弹头盔与之前的金属头盔相比，质量大幅度减轻，防护面积增加，舒适性提高，样式美观，成型性好。我国开发成功的QGF02型芳纶防弹头盔，有效防护面积达到1266cm2，比原来的钢制头盔GK80增加了16%，而质量仅1.25Kg，其V50值(国际防弹装备品评价标准)达到630m/s。
2）防弹衣
随着化学、核武等新式传感系统的发展，对军用防护要求显著提高，不仅要求能适应环境、生理要求，还要求轻便、耐用、防弹、抗化学、阻燃及良好的伪装性能等。现代战训服主要是芳纶1313、芳纶1414等，比以前的尼龙面料轻了20%，且具有阻燃防火、防静电等功能。采用芳纶材料可以使防弹背心质量轻、体积小，显著改善防弹性能，防弹效果可提高40%。
芳纶纤维展开用于吸收子弹的能量，又足够致密可阻止刀刺，采用该织物所生产的改进背心，可提供高于Ⅲ级水平的子弹防护，厚度低于8mm。高档防弹芳纶的无纬布与高性能的聚乙烯薄膜制成的软质防弹背心，比超高相对分子质量的聚乙烯纤维的防弹性能和耐热性能更好。
3）防弹装甲
芳纶与金属复合装甲板和芳纶与陶瓷复合装甲板已广泛应用于防弹装甲车、防弹运钞车上。美国的M1型主战坦克装甲使用了芳纶复合材料，用于防子弹、穿甲弹、破甲弹等；LAV-25步战车乘员位置附近加装芳纶衬层，用于防止穿透装甲的弹丸、破片以及崩落的装甲碎块伤害车内乘员。
目前，芳纶头盔、芳纶防弹衣等已广泛应用于多国部队，如中国、俄罗斯、美国、德国、日本、荷兰、以色列等。
2、安全防护领域
个体防护装备的阻燃耐高温性能是保障人员安全的重要条件。随着材料科学技术及纺织加工技术的发展，阻燃防护服已经由暂时性阻燃整理、半耐久性阻燃整理逐步发展为耐久性阻燃整理以及本质阻燃材料的应用。
1）消防服
芳纶是本质阻燃纤维，所加工的面料无需处理，即具有永久、高校的阻燃功能。芳纶纤维的出现，给消防服带来了革命性的变革。消防服主要是消防人员穿着用来灭火和救护生命。在剧热环境下，必须能够提供30~120S的时间以确保消防人员抢险后能安全地离开，因此，消防服的外层必须具备足够的热稳定性和热机械强度以避免熔融或破裂，这就要求有较高的芳纶含量，一般是对位芳纶含量＞25%。
2）防火耐热工作服
芳纶优异的耐热性以及在高温下表现出很好的尺寸稳定性，对于防护服来说非常重要，因为一般纺织纤维尤其是合成纤维，在高温下会出现较大程度的收缩及熔融滴落，用这种材料制作的防护服预热后出现较大的尺寸变化，会严重影响其防护性能。例如，外层293g/m2的芳纶面料、里层177g/m2的阻燃棉的双层组合热防护服TPP值（热防护性能值，Thermal protective performance）为2.19，防护时间为11.8S；而外层361 g/m2的阻燃涤棉、里层127 g/m2阻燃棉的双层组合热防护服TPP值仅为1.67，防护时间仅为6.7S。
使用芳纶1313的工业防护服装，已经在石油化工、普通化工、电力和煤炭等行业得到一定程度的应用，部分替代了由阻燃棉和化学纤维制作的防护服装，充分显示了其优异的阻燃、隔热、抗爆性能和经久耐用的特点。还可加工成家庭及敬老院、医院、宾馆、酒店、歌厅、影院等公共场所必备的防火纺织品。
3）防电弧服
电弧危害是工业生产中，特别是涉及高压电器设备的场所常见的一种剧烈放电现象，具有事故现场温度极高、爆炸破坏严重、同时对工业设备和作业人员人身安全造成危害等特点。
在我国相关标准中规定，对于经电弧危害分析可能面临电弧能量不小于25.74J/cm2的人员，或进入可能有电弧危害区域的人员应配备电弧防护用品，包括电弧防护服、电弧防护头罩、电弧防护手套和电弧防护鞋罩等。
芳纶纤维用于电弧危害的防护，有着独特的优势，因为纤维在400℃以上开始热裂解并形成具有一定强度的碳化膜隔阻层，能够阻止热流向服装内部穿透，因此可以起到有效防护作用。实践证明，使用芳纶纤维制作电弧防护用品，可以提供令人满意的作业现场电弧危害防护。
4）防护手套等用品
由于人们不得不去从事一些非常危险的工作，因此时而会遇到切伤、擦伤和灼伤等，因此需要防护手套等用品。
采用芳纶与高强聚乙烯、不锈钢丝等材料符合，开发生产防割、防穿刺、防撕裂等防机械损伤纺织品，可制作成手套、工作裙、袖套、护腿罩等，可减少甚至避免人员受到伤害。上述制品主要用于建筑、林业、金属加工、树木修剪等行业，例如400g/双对位芳纶防割手套比800g/双的涤/棉手套的抗切割性好得多。以往链锯操作防护服由尼龙制成，现改用对位芳纶织物和毡复合制成，6层复合就可以达到尼龙材料12层的防护效果，并且具有质量轻、穿着舒适灵活等优点。
3、橡胶补强领域
由于橡胶的弹性大，弹性模量较低，在外力作用下极易产生变形，因此很多橡胶制品都必须用纤维材料或金属材料作为骨架。以芳纶制成的帘子布、线绳、纱线、帆布、整体带芯、直经直纬织物等被用作轮胎、动力传动胶带、物料输送胶带、胶管的骨架材料。
1）轮胎
由于芳纶具有许多优异性能和耐高低温性能，因此可以作为航空轮胎和汽车轮胎的帘线材料。采用芳纶帘线作为骨架材料的轮胎，具有许多优点：轮胎重量轻，乘坐舒适性好；轮胎滚动阻力低，节油性能提高；安全性高，不易爆胎等。
用芳纶制作的航空轮胎能很好地满足现代超音速飞机能很好地满足现代超音速飞机对轮胎的高速度、高载荷、耐高温、耐屈挠和耐着陆高冲击性的要求。在汽车轮胎中，芳纶主要用于替代钢丝，不仅能减小轮胎质量，而且可提高耐用性和改善乘坐舒适性。用芳纶替代钢丝，一条载重轮胎质量可减小9Kg，一辆配置18条轮胎的载重汽车质量可减小162Kg。全球知名钢丝帘线企业贝卡尔特公司公布的数据显示，当钢丝帘线强度从普通强度提高到高强度、超高强度时，轮胎滚动阻力降低幅度在3%~7%。对年产1000万条的轮胎企业来说，每降低7%的滚动阻力，就意味着为社会节约10亿元燃油，减少31万吨二氧化碳排放量。而据介绍芳纶材料应用于绿色环保轮胎可以使高性能轿车子午线轮胎平均质量减轻10%，滚动阻力下降12%。芳纶也因此成为了近些年应用增长快的骨架材料之一。
芳纶短纤维还被掺用到轮胎胎面等部件胶料和V带底胶胶料中起补强作用。芳纶甚至可与树脂结合取代钢丝制成轮胎胎圈，大大减轻轮胎的质量。据美国Dopont和荷兰Acordis-Akzo公司都报道，加上芳纶短纤维，2010年全世界轮胎制造业消耗了6Kt以上的芳纶。
但国内年消费仅6 000 t左右，通过出口基本实现了供需平衡。历史上，间位芳纶也曾是一个供需失衡的行业，曾有4家供应商相互竞争，合计年产能12 000t，而当时国内年需求量仅5 000t。由于产能大、需求小，新进入者的产品性能较差、生产稳定性不高，难以被高端市场接受，集中于工业过滤领域搞低价竞争，导致产品售价从2009年的16万元/吨一路下跌到 2015年的6万元/吨， 并连续多年低位徘徊。2017年，有2家企业关闭 生产线后，芳纶产品售价及盈利水平逐步恢复。近几年，间位芳纶行业供需基本平衡，随着市场开拓效果逐步显现，国内泰和新材、盐城德安德、赣州龙邦、辽宁富瑞等公司的间位芳纶纤维项目也陆续进入扩产或筹建阶段。