【纺织知识】功能纺织芳纶你了解多少？
【纺织知识】功能纺织芳纶你了解多少？
一、项目主要内容
建立芳纶纤维及产品加工基地
二、芳纶纤维主要特点及使用现状
芳纶全称芳香族聚酰胺纤维，一种新型高科技合成纤维，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560度的温度下，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。是一种高强度、高模量、低密度和耐磨性好的耐高温阻燃纤维，其的技术含量、附加值高，力学、化学稳定性和机械性能优异，不但可以单独用作各种结构材料和功能材料，而且还可与其他材料复合使用。此外，还具有较好的回弹性能和密封性能，对人体健康及环境无危害，可用作于水、油、烃类和中等强度的酸碱等介质的密封，造出的垫片具有优良的密封性能和抗蠕变松弛性能。可作为石棉的替代品用于摩擦密封材料，高性能耐热绝缘纸以及增强复合材料。
1、芳纶的主要品种
商用芳纶主要有间位芳纶和对位芳纶，间位芳纶主要有杜邦的Nomex、帝人的Conex等；对位芳纶主要有Kevlar（杜邦）、Technora（帝人）、Twaron（帝人）等。
2、芳纶功能纺织品的研究和应用现状
芳纶独特的物理、化学性能，使其被广泛应用于耐高温、阻燃、耐磨、高强度的功能性纺织品上。世界各国对其研究也方兴未艾，新型功能纺织品层出不穷，应用领域不断拓广。
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。在海湾战争中，美、法飞机大量使用了芳纶复合材料。除了军事上的应用外，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%。
2.1 芳纶阻燃系列纺织品
芳纶纤维虽然具有良好的耐热性及阻燃性，但价格比较昂贵。其次，由于分子结晶度高，分子间结合力强，造成染色困难。昂贵的价格及染色上的困难在某种程度上抑制了其产量及品种发展。于是，纷纷研究开发各种芳纶混纺阻燃织物来改善染色效果和降低产品价格。
（1）芳纶与羊毛混纺阻燃织物 羊毛是具有一定阻燃性质的天然纤维，将芳纶短纤先成条，然后与毛条混并成纱，再进行织造。当芳纶混纺比例超过30%时，其极限氧指数就达到28以上，织物无需阻燃整理即可达到好的、持久的阻燃性能，而且可以降低成本，不影响织物外观和舒适性。并可根据用途调整混纺比例，实现多功能化。
（2）芳纶与棉混纺阻燃织物 同样，为了降低成本和实现多功能需求，把芳纶与棉纤维进行一定比例的混纺制得阻燃织物。在对芳纶与棉纤维混纺研究中，芳纶与棉混纺比常为80/20、50/50、20/80，这3种混比织物的续燃时间、阴燃时间、损毁长度洗涤前后均满足GB8965-88二级以上要求，极限氧指数LOI值也大于具有阻燃要求的28标准。随着芳纶含量的提高，LOI值也增加。其中80/20织物具有优良的耐热性、阻燃性，不需阻燃整理即可满足国家阻燃服要求；50/50和20/80混纺织物，需经Proban阻燃整理后才能达到阻燃标准要求。
（3）芳纶与阻燃粘胶纤维混纺阻燃织物 阻燃粘胶是一种含硅酸盐的纤维毒纤维，其物理机械性能与普通粘胶纤维相类似，可加工成各种纺织品。芳纶与阻燃粘胶混纺织物具有柔软的手感，良好的蓬松性、悬垂性、吸湿透气性和较高的强力、耐磨性，良好的布面光洁度、色牢度及遇火炭化不融滴等优良特性，可满足高中档阻燃服装、装饰面料的质量要求。
（4）芳纶与苎麻混纺阻燃织物 采用芳纶纤维为芯纱，应用摩擦纺技术在其周围包覆苎麻纤维，得到苎麻/芳纶包芯纱。另外，就是选用经碱处理的苎麻纱与芳纶长丝并合，不用加捻得到复合纱。织成织物后再经适当阻燃处理即可达到一定的阻燃要求。
2.2 芳纶防静电功能纺织品
普通纺织纤维，特别是化纤、极易产生、积累大量静电，在易燃易爆环境中静电放电火花作为点火源常会引起燃爆灾害事故。同时绝大多数纺织纤维又都属于可燃或易燃材料，极限氧指数一般在17~25之间，远低于空气中可自熄的小值27，织物一旦遇到点火源就会迅速燃烧。为确保消防、石化、兵工、采矿等诸多涉及燃爆危险领域的做作业人员的安全，必须以兼具阻燃和防静电性能的织物取代易燃和易产生静电的普通织物。
芳纶与导电纤维以混纺和交织的方式形成某种新型织物时，由于该织物的阻燃性能及消电性能的兼容与互补，使织物获得了阻燃防静电的持久防护功能。杜邦公司开发的新芳纶产品Aracon是采用磁控溅射技术，将金属溅射在芳纶纤维表面形成很薄的膜，这样不仅仅具有抗静电作用，同时能屏蔽高频辐射和信号。
2.3 芳纶纤维浸胶织物的研制
芳纶（Kevlar）纤维浸胶织物是用于大电机上的新型高档绝缘材料，芳纶纤维织物浸胶时采用两浸两轧的过程。首先在织物浸胶后轧出部分胶，使胶浸入织物空隙处，再轧使胶浸到纤维的内部所有毛羽中；随后进行第2次浸胶，这次主要以被覆为主，使织物表面被覆一定量的胶，而第2次压轧是使胶被覆各处均匀，然后在烘箱中烘干。
由于性能优良，用芳纶纤维做电机用绝缘材料能使耐热等级高达180℃以上；若用云母虽能耐180℃的高温，但由于比重大，使使电机的重量增加，且云母质脆，来源也不充沛。用芳纶纤维作绝缘材料制做的电机与功率相同的采用云母绝缘材料制做的电机相比，每台可节约铜28%，钢材15%，矽钢片10%。用芳纶制成的复合材料与用同样方法制成的玻璃纤维复合材料相比，质轻30%，而硬度则高出2倍。
2.4 对位芳纶在防弹服上的应用
对位芳纶纤维织物具有高抗扩张强度，很高的弹性模量和较低的比密度，能将子弹冲击的能量吸收并分散转移到编织物的其他纤维上，避免造成“钝伤”，因而防护效果显著。同时芳纶防弹衣、头盔的轻量化，有效地提高了军队的快速反映能力和防护能力。
2.5 芳纶/碳纤维混杂编织物增强混凝土的研究
通过芳纶/碳纤维织物增强混凝土的理论分析和实际测试，可以看到纤维织物增强混凝土的功能是十分明显的，特别是用这两种高性能纤维作为承力结构的增强材料，可替代钢筋的作用，而且重量比钢筋混凝土减少了41.8%，这有利于提高建筑物的抗震性能及结构物基础处理，从而获得较高的经济和承载效益。但是纤维织物如何方便建筑施工，同时又容易被普通的施工工人所掌握，仍要进行更深入的研究。
2.6 芳纶轮胎用纺织品
由于芳纶优良的性能，制得的轮胎帘线在高温下机械性能基本不受温度的影响，在交变应力作用下内耗低、发热量小、寿命长。芳纶可以减小轮胎增强材料的体积和质量，而且大限度地减少材料和能源消耗，并把一些极限指标提高到新高度。此外，芳纶不存在生锈问题，并可替代轮胎中所有的金属（包括胎圈钢丝），节省胶料，从而使轮胎性能达到质量轻、滚动阻力降低、节省燃料和尺寸稳定性、均匀性好，以及无平点现象，高速性能、牵引和制动性能佳，耐磨性、耐刺扎性能好，废胎容易处理等特点。
2.7 芳纶无纬布功能纺织品
同样是用于防弹，穿刺无纬布和平纹布相比具有更好的抗弹性能。因为在无纬布的制造过程 中，芳纶纤维材料已被充分展开，被胶粘剂固定，且纤维之间没有相互的交错点，在受到弹丸的冲击作用时，有利于能量的分散，可以有更多的纤维参与，能量可在较大的面积上得到吸收，所以其抗弹性能较好。
芳纶无纬布面密度和基体树脂质量分数均是影响其层压板抗弹性能的重要因素。当无纬布具有较小的面密度和较低的基体树脂质量分数时，其层压板的抗弹性能也会较好。
2.8 芳纶/碳素纤维无纺布
采用穿刺法工艺制得芳纶/碳素纤维无纺布，其阻氧指数LOI为38~42，防火温度达到700℃。主要用于防火隔热衬布，高温滤尘，装饰衬布，火燃飞溅的遮盖布等。
2.9 芳纶/装甲钢复合材料板
芳纶纤维增强树脂基复合材料具有轻质、高强、抗弹性能好、隔爆效果优良等特点。在装甲钢上加装芳纶纤维复合材料板可以提高其抗爆震性能，材料的结构会影响材料的冲击波衰减效果。当材料按照波阻抗减小的顺序进行排列时，可更有效地衰减冲击波。具有多层结构的材料比双层结构材料的衰减效果更优，可得到具有优异抗爆震性能的防护材料。
三、芳纶纤维发展方向
按照“十二五”规划，在此期间，我国千吨级对位芳纶生产技术将实现突破并将转入快速成长期，从而带动相关行业的迅速发展。围绕战略性新兴产业、国民经济建设重大工程、国防军工、材料工业结构升级等方面，中国化纤工业协会对下游各主要应用领域需求情况、产品自给率、需要进口的主要品种等进行重点分析。未来10年，国内的汽车、通信、高速铁路、航空和防护等领域将快速发展，对位芳纶的需求呈旺盛局面；与此同时，国外下游加工企业向国内进行产业转移，也会刺激国内对位芳纶需求的增长。2015年国内对位芳纶需求将超过10000吨，2020年将超过20000吨，其中，预测2015年国内需求量为对位芳纶长丝通用型2000吨，高强型1000吨，高模型2000吨；对位芳纶短纤2000吨；对位芳纶浆粕3000吨。此外，到2015年，对位芳纶国内供应要实现50%，2020年达到80%。
四、芳纶纤维产品开发
根据芳纶特种织物的特点，可开发以下产品：
1、防弹迷彩服、防刺背心、防弹抗冲击头盔、坦克连体服服、防弹盾牌、赛车服等；
2、防割服、排爆服、防刺服、防割包等；
3、头套、手套、袜子等
4、儿童、老人劳动保护用品
5、睡衣
6、芳纶无纺布
7、公共安全装备、运输安全包装，以及交通工具和航空器的防护装置