芳綸的應(yīng)用領(lǐng)域有哪些？

什么是芳綸

芳綸全稱“芳香族聚酰胺纖維”， 指85%以上的酰胺鍵直接連在苯環(huán)上的長鏈合成聚酰胺纖維，連接酰胺鍵的為芳香環(huán)或芳香環(huán)的衍生物，具有阻燃、耐高溫、高強(qiáng)度、高模量、絕緣等突出性能，是一類新型的特種高分子材料。目前，市場上有兩種芳綸實(shí)現(xiàn)了廣泛的商業(yè)化應(yīng)用和生產(chǎn)，分別是間位芳綸和對位芳綸。

間位芳綸具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、阻燃性、電絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性和耐輻射性。間位芳綸全稱“聚間苯二甲酰間苯二胺”(MPIA)纖維，是由間苯二甲酰氯和間苯二胺合成的有機(jī)高分子纖維。間位芳綸具有長久的熱穩(wěn)定性，這是其重要的特性，可在200℃高溫下長期使用不老化，具有極佳的尺寸穩(wěn)定性。間位芳綸具有本質(zhì)阻燃性，其極限氧指數(shù)值(LOI)>28%，在空氣中不會自燃、融化，也不會產(chǎn)生熔滴，離焰自熄。間位芳綸的電絕緣性優(yōu)良，以其制成的絕緣紙耐擊穿電壓可達(dá)20kV/mm；間位芳綸耐腐蝕性能非常優(yōu)越，耐輻射的性能也十分優(yōu)異。此外，間位芳綸還具有低剛性、高延長性，能用常規(guī)紡織機(jī)械進(jìn)行加工。

對位芳綸具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫和阻燃等優(yōu)異性能，與碳纖維、高強(qiáng)高模聚乙烯并稱為世界三大高性能纖維。對位芳綸的拉伸強(qiáng)度是鋼絲的6倍，是玻璃纖維和高強(qiáng)尼龍工業(yè)絲的2~3倍；拉伸模量是鋼絲和玻璃纖維的2~3倍，高強(qiáng)尼龍工業(yè)絲的10倍；其密度卻只有鋼絲的1/5左右。對位芳綸具有良好的抗沖擊、耐腐蝕和抗疲勞性能，被喻為“防彈纖維”。對位芳綸的耐熱性能要高于間位芳綸，在200℃高溫下經(jīng)歷上百個小時，仍能保持原強(qiáng)度，在560℃高溫下不分解、不熔化。在環(huán)保方面，對位芳綸結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不易降解的特性也決定了其存在后期難以回收處理影響環(huán)境的問題。

航空領(lǐng)域

芳綸纖維密度低、強(qiáng)度高、耐腐蝕性好，可用于制造導(dǎo)彈的火箭發(fā)動機(jī)殼體以及飛機(jī)、航天器的機(jī)身、主翼、尾翼等的寬頻透波材料和可以承受沖擊力量的結(jié)構(gòu)部件。芳綸也可用于制作大型飛機(jī)的二次結(jié)構(gòu)材料，如機(jī)艙門、窗、機(jī)翼、整流罩體表面等，可以制作機(jī)內(nèi)天花板、倉壁等，可減輕其重量。

采用環(huán)氧樹脂浸漬芳綸布形成芳綸預(yù)浸料，并直接與蜂窩或泡沫結(jié)構(gòu)相黏結(jié)制備的多層蜂巢結(jié)構(gòu)的板材，具有突出的耐沖擊和電磁波透過性等特性。將芳綸與薄鋁板、環(huán)氧無緯布交疊熱壓后形成的超混復(fù)合層板，具有極高的比模量和比強(qiáng)度，抗疲勞壽命是鋁合金板的100 倍～1000倍，可用于飛機(jī)的機(jī)身等部位。芳綸纖維制備的樹脂基增強(qiáng)復(fù)合材料應(yīng)用于飛機(jī)客體中，可使飛機(jī)總重量大大減輕。

它們的主要優(yōu)勢是具有非常強(qiáng)的強(qiáng)度和輕量，能夠減少飛機(jī)整體重量，增加安全性，提高油耗效率，減少空中污染。此外，芳綸及其復(fù)合材料具有耐腐蝕性，可以確保飛機(jī)在惡劣環(huán)境下的安全性，并且不會出現(xiàn)積水、凍結(jié)或腐蝕等問題。

芳綸及其復(fù)合材料在航空結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的未來發(fā)展趨勢也非常可觀。由于芳綸及其復(fù)合材料在航空結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的許多優(yōu)勢，它們在效率和安全性方面幾乎可以替代鋼鐵和鋁材料，并且可以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造過程中實(shí)現(xiàn)更多的靈活性。此外，芳綸及其復(fù)合材料的重量也在不斷減少，這將使飛機(jī)更輕，更具有空中可操控性。

軍事領(lǐng)域

芳綸復(fù)合材料可以制造導(dǎo)彈的固體火箭發(fā)動機(jī)殼、壓力容器、宇宙飛船駕駛艙、潛艇、防彈裝甲車、防彈運(yùn)鈔車、防彈板、防彈頭盔、防彈衣等。

芳綸纖維與碳纖維、超高分子量聚乙烯纖維并稱為三大高性能纖維，在國防軍工和民用工業(yè)上都有廣泛的應(yīng)用，是強(qiáng)國強(qiáng)軍的戰(zhàn)略物資。產(chǎn)品主要應(yīng)用在光纖光纜、繩纜織帶、骨架材料、復(fù)合材料、摩擦密封材料、紡織和防彈防護(hù)等領(lǐng)域，標(biāo)配就是防彈衣。

圖片用芳綸纖維制成的防彈背心和防彈頭盔可以取代老式尼龍背心和罐性鋼盔，在防彈背心和頭盔中加入適量芳綸，不僅可使其體積小、質(zhì)量輕，而且防彈效能可提高40%。高檔防彈芳綸無緯布與高性能聚乙烯薄膜制成的軟質(zhì)防彈背心，比超高分子量聚乙烯纖維具有更好的防彈性能和耐熱性。芳綸纖維也可與其他材料( 如金屬、陶瓷等) 復(fù)合，制成各種高強(qiáng)度、耐沖擊的防爆罐、防彈盾牌和防彈裝甲板等。此外，將芳綸纖維織物黏結(jié)在結(jié)構(gòu)物的內(nèi)壁，可有效吸收爆炸波，防止彈片對人體的傷害。

電子電器領(lǐng)域

由于我國對芳綸材料的研究起步相對較晚，但是技術(shù)發(fā)展迅速。當(dāng)前研制的衛(wèi)星APSTAR-2R，其使用蜂窩夾層作為天線的反射面，天線的內(nèi)外蒙皮部分使用對位芳綸材料，間位使用蜂窩芳綸。在飛機(jī)雷達(dá)罩制造過程，使用對位芳綸，利用此材料良好的透波性能，同時膨脹系數(shù)較低，因此反射器頻率可滿足自身結(jié)構(gòu)以及功能雙重要求。ESA曾經(jīng)研制出雙色副類型反射器，其直徑1.1m，在夾層結(jié)構(gòu)中使用間位蜂窩結(jié)構(gòu)，使用芳綸材料作為蒙皮，該結(jié)構(gòu)環(huán)氧樹脂溫度可達(dá)25℃，介電常數(shù)為3.46，損耗因數(shù)為0.013，該種反射器傳輸環(huán)節(jié)反射損耗只有0.3dB，傳輸信號損失0.5dB。

芳綸與環(huán)氧、酚醛、聚酰亞胺等樹脂復(fù)合制成的層壓基板與陶瓷的線膨脹系數(shù)匹配度較高，在熱脹冷縮作用下不會引起開裂，可用于制作表面安裝技術(shù)中的特種印刷電路板，有利于電子設(shè)備的小型化和輕質(zhì)化。利用芳綸纖維強(qiáng)度高、耐高溫等特性，用作光纖中的“張力構(gòu)件”，可保護(hù)細(xì)小而脆弱的光纖受到拉力作用時不致伸長變形，不會影響光的傳輸。芳綸纖維與碳纖維的復(fù)合產(chǎn)品，有良好的可加工性和半導(dǎo)體性，并可耐高溫，多用于制作高電壓裝置中降低電場的材料。芳綸紙經(jīng)過絕緣漆浸漬后，絕緣性好，與天然云母片結(jié)合用作耐熱性電機(jī)的絕緣材料。

芳綸纖維在復(fù)合膜、絕緣繩/桿、斷路器、制動器等電子部件領(lǐng)域中也有廣泛應(yīng)用。例如：在500kV輸電線路中，使用芳綸材料制作成的絕緣繩代替絕緣吊桿當(dāng)承力工具，利用絕緣繩連接絲桿，有利于促使安全系數(shù)在3以上。絕緣桿主要是使用芳綸纖維和滌綸纖維相互纏繞方式組成的結(jié)構(gòu)，將其置于真空當(dāng)中，并浸入到環(huán)氧樹脂材料中，經(jīng)固化之后形的。使用過程中具有良好的耐腐蝕性能，質(zhì)量輕便、強(qiáng)度更高，這種材料絕緣性能良好。在110kV的線路中，使用絕緣桿的操作較為頻繁，其在應(yīng)用過程機(jī)械強(qiáng)度較高，具有良好的動態(tài)抗疲勞特征。在電器機(jī)械的制造方面，使用芳綸纖維材料可提升部件強(qiáng)度，防止成型換貨表面磨損嚴(yán)重，其在電器設(shè)備中取代玻璃纖維，芳綸纖維中纖維含量為5%、長度可達(dá)6.4mm，拉伸強(qiáng)度為28.5MPa，耐電弧性為192s,抗沖擊強(qiáng)度138.68J/m，因此耐磨損強(qiáng)度更高。

其他領(lǐng)域

芳綸纖維分子中含有大量苯環(huán)，化學(xué)穩(wěn)定性好，耐腐蝕，比強(qiáng)度高，輕而堅(jiān)牢，可用于制造海輪用和石油深井用纜繩。利用芳綸纖維耐高溫、耐疲勞等特性，以制作檔次較高的球拍、釣魚竿、雪橇、滑雪板、滑雪桿、弓箭、賽艇、高爾夫球桿等，還可用于制作運(yùn)動條件苛刻的登山鞋靴、拳擊手套、賽車頭盔、賽車車體等。由于石棉對人體呼吸道有嚴(yán)重危害，可由芳綸替代石棉制成增強(qiáng)橡膠密封板等密封件，用于汽車制動器的襯墊和襯圈。

伴隨著紡織品器材的類型愈來愈多，紡織行業(yè)的生產(chǎn)工藝也愈來愈獲得了發(fā)展，芳綸布是一種開發(fā)設(shè)計(jì)早、運(yùn)用廣、生產(chǎn)量大、發(fā)展趨勢快的化學(xué)纖維種類。芳綸布是一種高性能纖維織物，具有耐熱、耐化學(xué)腐蝕、抗輻射、阻燃、高強(qiáng)度等特點(diǎn)。因此，它在工業(yè)、軍事、消防、航空航天等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

圖片

工業(yè)方面：芳綸布可以用于制作高溫過濾材料、閥門包套、密封墊片等耐高溫、耐腐蝕的產(chǎn)品。此外，在紡織、石化、電子、船舶等行業(yè)中，芳綸布也是常用的材料。

軍事方面：芳綸布主要應(yīng)用于制作防彈衣、防刺衣、頭盔等防護(hù)用品。由于芳綸布具有優(yōu)異的強(qiáng)度和耐熱性能，可以有效地保護(hù)士兵免受子彈、炮彈等攻擊。

消防方面：芳綸布可以作為防火隔離帶、防火窗簾等材料。由于芳綸布自身具有阻燃性能，可以在火災(zāi)發(fā)生后起到有效的防火作用。

航空航天方面：芳綸布可以用于制作飛機(jī)座椅、航天服、降落傘等高強(qiáng)度、耐高溫的產(chǎn)品。芳綸布還可以作為衛(wèi)星遮陽材料、火箭隔熱材料等。