黃鈞銘，于游江，王忠偉，冷向陽

（煙臺泰和新材料股份有限公司 國家芳綸工程技術(shù)研究中心，山東 煙臺 264006）

對位芳綸應(yīng)用領(lǐng)域技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀與發(fā)展

黃鈞銘，于游江，王忠偉，冷向陽

（煙臺泰和新材料股份有限公司 國家芳綸工程技術(shù)研究中心，山東 煙臺 264006）

根據(jù)近年來對位芳綸應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展和深入的情況，對國內(nèi)外對位芳綸應(yīng)用領(lǐng)域技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行了詳細(xì)的分類和構(gòu)建，同時也概述了國外先進(jìn)對位芳綸應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定狀況，通過比較得出我國對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的差距，并對我國對位芳綸應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展提出了意見和建議。

對位芳綸；應(yīng)用；技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；現(xiàn)狀；發(fā)展

0 引言

對位芳綸是芳香族聚酰胺纖維的一種，全稱聚對苯二甲酰對苯二胺（PPTA）纖維，與碳纖維、高強(qiáng)高模聚乙烯纖維并稱為當(dāng)今世界3 大高性能纖維。對位芳綸具有高強(qiáng)、高模、耐高溫、耐磨、阻燃、耐化學(xué)腐蝕、尺寸穩(wěn)定性等優(yōu)異性能，廣泛用于橡膠、光纜、防護(hù)、摩擦密封、復(fù)合材料等領(lǐng)域。

對位芳綸最早由美國杜邦公司于1970年代開發(fā)成功并實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，目前國外對位芳綸生產(chǎn)企業(yè)主要有美國杜邦、日本帝人、韓國科隆和韓國曉星。我國從1970年代開始研究對位芳綸，目前主要有煙臺泰和新材、蘇州兆達(dá)、中藍(lán)晨光、平煤神馬等企業(yè)在進(jìn)行對位芳綸中試和產(chǎn)業(yè)化研究[1]。

隨著國內(nèi)對位芳綸應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展和深入，國內(nèi)眾多涉及對位芳綸應(yīng)用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)得到制訂和修訂，為對位芳綸等高性能纖維應(yīng)用到橡膠、光纜、防護(hù)、摩擦密封、復(fù)合材料等領(lǐng)域提供了廣闊空間，也提出了更高和更專業(yè)的要求。

1 國內(nèi)外對位芳綸應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系

對位芳綸應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)按照應(yīng)用領(lǐng)域分類，可以分為5 大類：防護(hù)類標(biāo)準(zhǔn)、摩擦密封類標(biāo)準(zhǔn)、光纜增強(qiáng)類標(biāo)準(zhǔn)、橡膠骨架材料類標(biāo)準(zhǔn)和通用織物復(fù)材類標(biāo)準(zhǔn)，各類國內(nèi)外的國際、地區(qū)、國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成了對位芳綸應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)體系，具體見表1。

表1 國內(nèi)外對位芳綸應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系情況

(接前)

由表1中可以看出，國內(nèi)對位芳綸應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系已經(jīng)初步形成，表明對位芳綸在防護(hù)、摩擦密封、光纜、橡膠等5 個主要領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)初具規(guī)模。

2 防護(hù)類標(biāo)準(zhǔn)

對位芳綸作為高強(qiáng)高模纖維，制成復(fù)合材料具有良好的防護(hù)性能，目前使用對位芳綸的防護(hù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)共分4 類：防彈、防割刺、防爆和抗沖擊磨損，基本上以個體防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)為主。

2.1 防彈標(biāo)準(zhǔn)

個體防彈裝備主要包括防彈衣（背心）和防彈頭盔。防彈衣按使用人群主要分為警用型和軍用型，按結(jié)構(gòu)形式可分為軟體、硬體和軟硬復(fù)合體3 種。軟體防彈衣的材料主要以高性能纖維無緯布為主；硬體防彈衣則是以金屬材料或者硬質(zhì)非金屬材料插板形式為主；軟硬復(fù)合式以軟質(zhì)材料為內(nèi)襯，以硬質(zhì)材料作為面板和增強(qiáng)材料。

隨著3 維紡織技術(shù)的發(fā)展，芳綸3 維織物在防彈裝備中的應(yīng)用也越來越多。3 維織物增強(qiáng)材料具有較高的層間剪切強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度，為減少復(fù)合層壓材料的分層，提高其在多重打擊下的防彈能力，3 維織物可充分發(fā)揮纖維本身的強(qiáng)度，纖維呈直線狀態(tài)不屈曲，且不易分層，提高了防彈能力[2]。全國紡織品標(biāo)委會產(chǎn)業(yè)用紡織品分會組織制定的國家標(biāo)準(zhǔn)《芳綸及其混編纖維的3 維織物》和《芳綸及其混編纖維的雙軸向緯編織物》已經(jīng)進(jìn)入審稿階段。

對位芳綸做防彈材料具有有效吸收能量和減輕質(zhì)量的特點，因此3 種形式的防彈衣均有用到對位芳綸。防彈衣主要在防彈性能等級、彈坑凹陷深度、耐溫性、防水性等方面對芳綸增強(qiáng)的防彈衣提出要求，具體如表2所示。

由表2可知，中國警用和軍用防彈衣的防彈性能等級均分為6 級，但在槍彈初速度上，軍用標(biāo)準(zhǔn)要高于警用標(biāo)準(zhǔn)，美國司法學(xué)會（NIJ）標(biāo)準(zhǔn)介于二者之間；在彈坑凹陷深度指標(biāo)上，中國標(biāo)準(zhǔn)要高于國外標(biāo)準(zhǔn)，較小的彈坑凹陷深度可能更適應(yīng)亞洲人的人體條件；在高溫測試方面，美國標(biāo)準(zhǔn)的65 ℃介于國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的70 ℃和40 ℃之間，但應(yīng)該值得注意的是，美標(biāo)的射擊試驗是在試驗箱中完成的，試驗箱的溫度和儲存場所的溫度一致，都是65 ℃，而中國標(biāo)準(zhǔn)的射擊試驗是靶板從烘箱中取出15 min之內(nèi)完成試驗的，這個試驗條件的差別是未來的改進(jìn)空間。

2.2 防割刺標(biāo)準(zhǔn)

防刺服具有防刀割、防刀砍、防刀刺、防帶棱角物體刮劃、耐磨損、防盜等功能。標(biāo)準(zhǔn)模擬了刀割和刀刺時不同力量的防護(hù)。防割手套即為警察防割手套，是用于保護(hù)手部防止刀具切傷或割傷的有效防護(hù)用品，采用芳綸和金屬絲加工制成。表3展示了國內(nèi)外防割刺標(biāo)準(zhǔn)的不同性能要求。

由表3可知，國內(nèi)警用防刺服標(biāo)準(zhǔn)的測試刀具質(zhì)量高于國外標(biāo)準(zhǔn)，但未分防護(hù)級別。

2.3 防爆標(biāo)準(zhǔn)

防爆毯是一種用芳綸等防彈纖維材料，經(jīng)過特殊工藝加工制成的一種毯子形狀的防爆器材，其外套耐磨和防水。防爆毯可替代原防爆罐笨重的沙包，可以阻擋易爆物爆炸時產(chǎn)生的沖擊波和碎片。用于爆炸物的隔離和保護(hù)。標(biāo)準(zhǔn)試驗方法模擬了爆炸場景。防爆罐和防爆球?qū)儆谟操|(zhì)的防爆器材?！禛A 69-2007 防爆毯》標(biāo)準(zhǔn)的防爆性能要求為：以爆炸源為中心，圍成半徑3 000 mm，高度 1 700 mm的模擬標(biāo)靶。當(dāng)爆炸源82-2制式手榴彈引爆時，標(biāo)靶上不應(yīng)有穿透孔。

2.4 抗沖擊磨損標(biāo)準(zhǔn)

表2 國內(nèi)外防彈衣標(biāo)準(zhǔn)要求對比

表3 國內(nèi)外防割刺標(biāo)準(zhǔn)要求對比

摩托車手服是摩托賽車高速行駛時保護(hù)車手不受傷害的防護(hù)服裝，肩部、肘部、膝部、大腿外側(cè)、臀部等區(qū)域（圖1中的Ⅰ類、Ⅱ類區(qū)域）都是要求抗沖擊磨損特別高的區(qū)域，一般采用對位芳綸等高強(qiáng)纖維制成?！禛B/T 24278-2009 摩托車手防護(hù)服裝》標(biāo)準(zhǔn)的防護(hù)性能要求模擬了碎石路面磨損，從特定高度落到以固定速度運(yùn)動的磨損傳送帶的硬水平面上，試樣完全磨損的時間。I和II類區(qū)域為7 s，III類區(qū)域為2.5 s，IV類區(qū)域為1.5 s。

3 摩擦密封類標(biāo)準(zhǔn)

使用對位芳綸增強(qiáng)的摩擦密封產(chǎn)品主要包括剎車片和墊片兩大類，現(xiàn)已形成比較完善的標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.1 剎車片標(biāo)準(zhǔn)

汽車剎車片在工作時通過承受外來壓力，產(chǎn)生摩擦作用，從而使汽車達(dá)到減速目的。剎車片從摩擦材料的基本材質(zhì)上可以分為石棉型、NAO型（即無石棉有機(jī)物型）和半金屬型3 種。隨著環(huán)保要求提高和技術(shù)發(fā)展，石棉型和半金屬型已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代汽車工業(yè)要求。NAO型剎車片的摩擦材料由樹脂基體、纖維增強(qiáng)材料以及填料的助劑組成[3]。對位芳綸作為增強(qiáng)材料可以大大提高剎車片摩擦材料的耐磨和耐高溫性能。

《GB 5763-2008 汽車剎車片》標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定了剎車片的摩擦性能主要為襯片摩擦系數(shù)及其允許偏差和磨損率。共分4 類：1類是駐車制動器用，2類是微、輕型車鼓式制動器用，3類是中、重型鼓式制動器用，4類是盤式制動器用。盤式制動器用汽車剎車片對高溫下摩擦性能要求較高，為對位芳綸應(yīng)用的重點產(chǎn)品，其性能要求如表4所示。

表4 GB 5763-2008標(biāo)準(zhǔn)盤式制動器用汽車剎車片摩擦性能要求

3.2 無石棉墊片標(biāo)準(zhǔn)

無石棉墊片是以芳綸漿粕替代石棉作增強(qiáng)材料，以橡膠為粘結(jié)劑，配合其它輔料制備的新型無石棉密封墊片板材。對位芳綸漿粕不僅保持芳綸高強(qiáng)、高模、耐高溫等特性，同時由于纖維皮芯結(jié)構(gòu)的存在，使?jié){粕高度原纖化，具有5～12 m2/g的較大比表面積，是最理想的石棉替代品。以芳綸漿粕作為增強(qiáng)材料，可以提高密封預(yù)混物的抓附力，增強(qiáng)密封制品的力學(xué)、密封、耐高溫等性能[4]。

《GB/T 27793-2011 抄取法無石棉墊片材料》標(biāo)準(zhǔn)中，體現(xiàn)芳綸替代石棉的參數(shù)主要有橫向拉伸強(qiáng)度、老化系數(shù)及蠕變松弛率。無石棉墊片共分4 類：普通型、耐油型、膨潤型和耐熱型，現(xiàn)以普通型和耐熱型墊片性能對比為例，展示無石棉墊片的性能要求，具體見表5所示。

表5 GB/T 27793-2011標(biāo)準(zhǔn)普通型和耐熱型墊片部分性能要求

4 光纜增強(qiáng)類標(biāo)準(zhǔn)

隨著全球信息技術(shù)的快速發(fā)展，通訊光纜的敷設(shè)范圍日益擴(kuò)大，不同的使用環(huán)境和敷設(shè)條件對光纜的強(qiáng)度和環(huán)境適應(yīng)性要求越來越高，因此對位芳綸作為高強(qiáng)質(zhì)輕的新型材料，在光纜中的使用量也越來越多。目前光纜增強(qiáng)類標(biāo)準(zhǔn)既包括明確使用了芳綸材料的光纜用非金屬加強(qiáng)件標(biāo)準(zhǔn)，也包括對強(qiáng)度和環(huán)境適應(yīng)性要求更高的各類新型光纜標(biāo)準(zhǔn)。

4.1 光纜用非金屬加強(qiáng)件標(biāo)準(zhǔn)

目前兩個光纜用非金屬加強(qiáng)件的標(biāo)準(zhǔn)為郵電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而且明確了芳綸紗和芳綸增強(qiáng)塑料桿的具體性能要求，說明通訊行業(yè)對光纜用芳綸加強(qiáng)件需求已經(jīng)達(dá)到一定規(guī)模?！禮D/T 1181.2-2008光纜用非金屬加強(qiáng)件的特性 第2部分：芳綸紗》標(biāo)準(zhǔn)中對芳綸紗的各項力學(xué)性能進(jìn)行規(guī)定，具體見表6。

表6 YD/T 1181.2-2008標(biāo)準(zhǔn)芳綸紗力學(xué)性能要求

4.2 蝶形光纜標(biāo)準(zhǔn)

蝶形光纜是一種新型用戶接入光纜，因截面外形像蝴蝶而得名，具有很高的抗壓扁力和抗張力，自承式結(jié)構(gòu)能滿足50 m以下飛跨拉設(shè)。對位芳綸紗束或AFRP（芳綸纖維增強(qiáng)塑料）可作為加強(qiáng)構(gòu)件，AFRP桿可作為增強(qiáng)構(gòu)件（吊線）為蝶形引入光纜提供強(qiáng)力支持?！禮D/T 1997.1-2014 蝶形引入光纜》標(biāo)準(zhǔn)中，體現(xiàn)芳綸作用的性能參數(shù)主要為光纜允許拉伸力和壓扁力等力學(xué)性能，具體見表7。

4.3 全介質(zhì)自承式(ADSS)光纜標(biāo)準(zhǔn)

全介質(zhì)自承式光纜是一種全介質(zhì)的、光纜里面沒有任何金屬物質(zhì)的室外光纜，主要依靠高壓電線塔來敷設(shè)，光纜所需要的安裝拉力全部由光纜自身里面包含的受力元件即芳綸紗（外置增強(qiáng)構(gòu)件）和芳綸增強(qiáng)塑料桿（AFRP）（中心加強(qiáng)構(gòu)件）提供拉力。

對位芳綸是ADSS光纜中重要的增強(qiáng)材料，主要以其高強(qiáng)度為光纜提供較高的拉伸強(qiáng)度，以其高模量為光纜提供較小的應(yīng)變，以其本質(zhì)阻燃性為光纜提供良好的無鹵阻燃能力。使用對位芳綸的ADSS光纜利用輸電線路同桿架設(shè)，不需新建桿路，不需新設(shè)吊線，具有輕便易敷設(shè)、施工成本低的特點[5]。由于ADSS光纜不含金屬材質(zhì)，可確保光纜在室外使用時對雷擊和強(qiáng)電環(huán)境的安全要求。

《GB/T 18899-2002 ADSS光纜》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，AFRP作為ADSS指定的中心加強(qiáng)構(gòu)件，要求拉伸楊氏模量應(yīng)≮50 GPa，彎曲楊氏模量≮45 GPa，斷裂伸長率≤4％；芳綸紗束作為外置增強(qiáng)構(gòu)件，楊氏模量≮90 GPa。光纜運(yùn)行張力與額定拉斷力的關(guān)系和光纖應(yīng)變及附加衰減的要求見表8。

表7 YD/T 1997.1-2014標(biāo)準(zhǔn)蝶形引入光纜力學(xué)性能要求

5 橡膠骨架材料類標(biāo)準(zhǔn)

5.1 橡膠骨架材料標(biāo)準(zhǔn)

常規(guī)的橡膠骨架材料一般為滌綸、錦綸等常規(guī)化纖，對位芳綸作為一種新型的橡膠骨架材料應(yīng)用在橡膠制品中，可以大幅提升其抗拉、耐破及耐磨性能，能有效延長橡膠制品的使用壽命。全國橡膠與橡膠制品標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會浸膠骨架材料分技術(shù)委員針對應(yīng)用需求，制定了芳綸浸膠線繩和紗線的多個產(chǎn)品和試驗方法標(biāo)準(zhǔn)，并將制定芳綸浸膠簾子布和芳綸浸膠帆布標(biāo)準(zhǔn)列入近期計劃，推動和規(guī)范了對位芳綸作為橡膠骨架材料在橡膠制品中的應(yīng)用。

《HG/T 4733-2014 橡膠軟管用浸膠芳綸線》標(biāo)準(zhǔn)中，關(guān)鍵指標(biāo)是斷裂強(qiáng)力和伸長率以及浸膠后定長度質(zhì)量，以1 670 dtex浸膠芳綸線為例，各項關(guān)鍵指標(biāo)要求如表9所示。

5.2 橡膠制品標(biāo)準(zhǔn)

膠管、輪胎和輸送帶是對位芳綸應(yīng)用在橡膠領(lǐng)域的3 大終端產(chǎn)品，這3 大產(chǎn)品的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也是對位芳綸應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系的重要組成部分。

表10是橡膠軟管及軟管組合件 織物增強(qiáng)液壓型 第1部分 油基流體用

表8 GB/T 18899-2002標(biāo)準(zhǔn)ADSS光纜張力要求

表9 HG/T 4733-2014標(biāo)準(zhǔn)1 670 dtex浸膠芳綸線部分指標(biāo)

對位芳綸增強(qiáng)的膠管產(chǎn)品在國外應(yīng)用已相當(dāng)成熟，表10是國外某知名公司的芳綸增強(qiáng)軟管規(guī)范，最小爆破壓力范圍為56～225 MPa；表11是《GB/T 15329.1-2003 油基流體用織物增強(qiáng)液壓型橡膠軟管》標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)要求，未明確織物為對位芳綸織物，其最小爆破范圍為15.8～58 MPa，可以看出與芳綸增強(qiáng)軟管的性能差距還是很大的。

6 通用織物復(fù)材類標(biāo)準(zhǔn)

6.1 通用織物復(fù)材標(biāo)準(zhǔn)

此大類標(biāo)準(zhǔn)為前4 大類應(yīng)用領(lǐng)域未涵蓋的標(biāo)準(zhǔn)，由于對位芳綸在很多領(lǐng)域的不斷發(fā)展，其中有一些小領(lǐng)域的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)也已形成系列，現(xiàn)以風(fēng)筒系列標(biāo)準(zhǔn)（見表12）為例做個介紹。

表10 國外某公司芳綸增強(qiáng)軟管規(guī)范

表11 GB/T 15329.1-2003標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng)橡膠軟管性能指標(biāo)

表12 風(fēng)筒系列標(biāo)準(zhǔn)

風(fēng)筒是用于煤礦、隧道、地鐵工程、井下局部引導(dǎo)風(fēng)流沿著一定方向流動的柔性管道，通常使用玻纖、玻棉織物或合成纖維作為骨架材料，涂覆以橡膠或塑料材料復(fù)合制成。對位芳綸為骨架材料制成的風(fēng)筒具有強(qiáng)度高、掘進(jìn)消耗極低、耐炮擊崩壞性能優(yōu)異的特點[6]。風(fēng)筒涂覆布也可以制成礦用隔爆水袋。風(fēng)筒涂覆布的性能指標(biāo)要求見表13。

6.2 其他標(biāo)準(zhǔn)

除第1部分介紹的標(biāo)準(zhǔn)外，在國外標(biāo)準(zhǔn)的檢索中，還查到SAE等多個國外標(biāo)準(zhǔn)化組織的涉及芳綸應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)451 個，具體情況見表14。

表13 GB/T 20105-2006標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)筒涂覆布性能指標(biāo)

表14 國外通用織物復(fù)材類標(biāo)準(zhǔn)對位芳綸應(yīng)用情況

7 結(jié)語

⑴ 對位芳綸應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)形成體系，在防護(hù)、摩擦密封、光纜和橡膠 4 個產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域發(fā)展較好，與對位芳綸在這些領(lǐng)域的應(yīng)用快速增長情況相符。

⑵ 通過對各類標(biāo)準(zhǔn)解讀，可以看出很多標(biāo)準(zhǔn)并未直接提及對位芳綸，但很多標(biāo)準(zhǔn)在檢測項目設(shè)置、性能指標(biāo)確定等方面已經(jīng)充分考慮對位芳綸的應(yīng)用情況，對產(chǎn)品和指標(biāo)進(jìn)行了分類分級，以確保對位芳綸在高端產(chǎn)品上的應(yīng)用。

⑶ 在光纜增強(qiáng)和橡膠骨架材料標(biāo)準(zhǔn)方面，由于標(biāo)委會的積極推進(jìn)和應(yīng)用企業(yè)的踴躍參與，已經(jīng)形成了芳綸光纜增強(qiáng)件和芳綸浸膠骨架材料標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)規(guī)劃和快速發(fā)展的局面，對芳綸在光纜和橡膠終端產(chǎn)品上的應(yīng)用起到有力推動作用。

⑷ 與國外標(biāo)準(zhǔn)相比，國內(nèi)的通用織物復(fù)材標(biāo)準(zhǔn)、橡膠終端產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、防護(hù)類標(biāo)準(zhǔn)還存在種類少、指標(biāo)低、實驗條件不完善等差距，應(yīng)盡快趕上。國外標(biāo)準(zhǔn)的翻譯、解讀和引進(jìn)還有大量工作可做。

⑸ 對位芳綸應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的不斷完善，必將推進(jìn)我國對位芳綸等高性能纖維在汽車、國防、航空、通訊等產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展。

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Status and development of technical standards for the application of para-aramid f ber

HUANG Jun-ming, YU You-jiang, WANG Zhong-wei, LENG Xiang-yang
( Yantai Tayho Advanced Materials Co.,Ltd., National Aramid Engineering Technology Research Center, Shandong Yantai 264006 China )

According to the situation in recent years, para-aramid applications will continue to expand and deepen, the para-aramid applications technical standard system were detailed classification and construction, and also outlines the foreign advanced para-aramid applications technical standards formulate condition, by comparing the gap of the corresponding standard of our country, and puts forward some opinions and suggestions on China para-aramid application technology standards development.

para-aramid; applications; technical standards; status; development

TS07; TQ342.722

: A

: 1007-9815（2016）03-0038-08

定稿日期: 2016-05-30

黃鈞銘（1977-），男，山東煙臺人，高級工程師，主要從事氨綸和芳綸質(zhì)量體系管理以及芳綸應(yīng)用研究，(電子信箱)hjm11@163.com。