周美進(jìn)，鄧 飛，2

(1.中國(guó)石化儀征化纖有限責(zé)任公司高纖生產(chǎn)中心，江蘇儀征 211900；2.江蘇省高性能纖維重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇儀征 211900)

專題論述

對(duì)位芳綸復(fù)合材料的研究進(jìn)展

周美進(jìn)1，鄧 飛1，2

(1.中國(guó)石化儀征化纖有限責(zé)任公司高纖生產(chǎn)中心，江蘇儀征 211900；2.江蘇省高性能纖維重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇儀征 211900)

本文介紹了高性能纖維對(duì)位芳綸材料的性能、復(fù)合材料分類及應(yīng)用研究進(jìn)展，對(duì)比分析了對(duì)位芳綸材料與碳纖維，高強(qiáng)聚乙烯從纖維到復(fù)合材料方面的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)今后國(guó)內(nèi)對(duì)位芳綸復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提出了一些建議。

對(duì)位芳綸 復(fù)合材料 進(jìn)展

對(duì)位芳香族聚酰胺纖維具有高強(qiáng)高模、耐高溫和耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)異性能，被廣泛用于國(guó)防軍工、航空航天、輪胎簾子線以及土木建筑等領(lǐng)域[1]。我國(guó)紡織工業(yè)和化纖工業(yè)“十一五”、“十二五”、 “十三五”發(fā)展規(guī)劃以及十大產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃均將對(duì)位芳綸作為發(fā)展高技術(shù)纖維重點(diǎn)任務(wù)，并通過(guò)國(guó)家預(yù)算資金予以扶持，推進(jìn)對(duì)位芳綸產(chǎn)業(yè)化。目前僅美國(guó)、日本、俄羅斯、韓國(guó)等少數(shù)國(guó)家可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

對(duì)位芳綸僅作為純纖維使用，其應(yīng)用范圍將受較大限制，將對(duì)位芳綸制成復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件等多形式的復(fù)合材料產(chǎn)品，才能充分發(fā)揮對(duì)位芳綸的優(yōu)異性能及實(shí)現(xiàn)對(duì)位芳綸在多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，筆者認(rèn)為在民用復(fù)合材料領(lǐng)域的拓展，是對(duì)位芳綸擴(kuò)展市場(chǎng)應(yīng)用量的關(guān)鍵，而在航空、航天、軍工領(lǐng)域上的高端應(yīng)用，則是對(duì)位芳綸材料的歷史使命。但由于受價(jià)格及芳綸界面結(jié)合力差因素制約，國(guó)內(nèi)對(duì)位芳綸復(fù)合材料發(fā)展并不迅速，相對(duì)碳纖維，企業(yè)及科研院校對(duì)對(duì)位芳綸復(fù)合材料的研究、應(yīng)用缺乏足夠熱情，同時(shí)從另一方面看，對(duì)位芳綸復(fù)合材料未來(lái)還擁有巨大空間。因此，作者從對(duì)位芳綸材料的性能、復(fù)合材料分類及應(yīng)用研究進(jìn)展方面進(jìn)行概括分析，并對(duì)今后國(guó)內(nèi)對(duì)位芳綸復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提出了一些建議。

1 對(duì)位芳綸的性能

對(duì)位芳綸全名聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺，簡(jiǎn)稱PPTA，于1971年由美國(guó)杜邦公司研制成功，目前市場(chǎng)典型產(chǎn)品有杜邦公司KELVAR，日本帝人公司的TWALON、韓國(guó)科隆HERACRON、韓國(guó)曉星ALKEX，儀征化纖生產(chǎn)的芳綸1414，煙臺(tái)泰和新材泰普龍等。

對(duì)位芳綸指由酰胺鍵連接的由對(duì)位芳香基組成的線型大分子構(gòu)成的合成纖維，其中有85%以上的酰胺鍵直接與兩個(gè)芳基連接[2]，大分子是以十分伸展的狀態(tài)存在，具有高度的規(guī)則性，同時(shí)具有高結(jié)晶度及高取向度，其分子結(jié)構(gòu)式如下：

圖1 對(duì)位芳綸分子結(jié)構(gòu)圖

對(duì)位芳綸由于其獨(dú)特結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)有的高性能纖維中，對(duì)位芳綸是綜合性能最好的有機(jī)纖維之一，其性能特點(diǎn)具體介紹如下：

1.1 力學(xué)性能

對(duì)位芳綸最突出的力學(xué)性能就是高強(qiáng)度和高模量，其強(qiáng)度為鋼絲的3倍，為強(qiáng)度較高的滌綸工業(yè)絲的4倍；它的初始模量為滌綸工業(yè)絲的4～10倍，為尼龍的10倍以上[3]。以KELVAR為例，對(duì)比如表1所示。

1.2 熱性能

對(duì)位芳綸具有很高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和熱分解溫度，分別在270 ℃以上和430 ℃以上，最高可達(dá)360 ℃和600 ℃。熱收縮率小，在150 ℃下收縮率為零。

表1 對(duì)位芳綸力學(xué)性能對(duì)比表

性能Kevlar-29Kevlar-49鋼絲尼龍聚酯粘膠絲E玻璃聚酰胺密度/(g·cm-3)1.441.457.851.141.381.522.541.14線性密度/tex1.7-------彈性模量/(N·dtex-1)489895220469760～8026544抗張強(qiáng)度/(N·dtex-1)19.425.438.68.24～5.58.58.3伸長(zhǎng)率,%3.42.82.01714.56～104.019

對(duì)位芳綸在高溫下具有很高的強(qiáng)度保持率，據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道[2]對(duì)位芳綸在160 ℃下經(jīng)歷500 h，可保持原強(qiáng)度的95%；在200 ℃下經(jīng)歷100 h，可保持原強(qiáng)度的75%；在260 ℃溫度下仍可保持原強(qiáng)度的65%。

1.3 阻燃性

對(duì)位芳綸阻燃性能十分優(yōu)異，如表2所述對(duì)位芳綸具有較高的燃燒溫度和LOI(極限氧指數(shù))值，在空氣中極難燃燒，離開(kāi)火焰后自動(dòng)熄滅，在500～600 ℃的高溫也難以點(diǎn)燃。

表2 對(duì)位芳綸熱力學(xué)性能表{2}

芳綸玻璃轉(zhuǎn)變溫度/℃熱分解溫度/℃LOI,%Kevlar345～360430～55027～30

1.4 耐化學(xué)性

芳綸纖維能耐化學(xué)性能良好，大部分有機(jī)溶劑對(duì)它的強(qiáng)度影響很小，大多數(shù)鹽類的水溶液對(duì)它也無(wú)影響，但在高溫高濃度條件的強(qiáng)酸強(qiáng)堿條件下會(huì)對(duì)芳綸有一定沖擊。

1.5 耐候性

芳綸和其他含苯聚合物一樣，對(duì)紫外線、電子射線極為敏感，波長(zhǎng)300～450 nm的光波易為芳綸吸收，能導(dǎo)致酰胺基裂解，造成強(qiáng)度下降，同時(shí)顏色也會(huì)變黑[2]，因此對(duì)位芳綸要在避免在紫外光照射下長(zhǎng)期使用。

1.6 蠕變性能

芳綸由于其高度結(jié)晶性和單向性，所以蠕變性很低，其蠕變與應(yīng)力大小和溫度高低有關(guān)，在20～150 ℃之間[1]，若應(yīng)力低于抗拉強(qiáng)度的50%，芳綸的蠕變率不會(huì)因應(yīng)力大小和溫度高低而有所變化，應(yīng)力若高于抗拉強(qiáng)度的70%，蠕變率將會(huì)加速升高。

1.7 與碳纖維及高強(qiáng)聚乙烯纖維的對(duì)比

對(duì)位芳綸與碳纖維對(duì)比，擁有不導(dǎo)電，比重輕，韌性好及復(fù)合材料抗剪程度更高的優(yōu)點(diǎn)，與高強(qiáng)聚乙烯纖維相比，具有耐溫性好、抗蠕變，具有一定復(fù)合界面粘合性的優(yōu)點(diǎn)，在這三大高纖中，在不同領(lǐng)域使用要注意各自纖維的性能特點(diǎn)。

盡管對(duì)位芳綸具有優(yōu)異的綜合性能，但也存在壓縮模量和壓縮強(qiáng)度低的缺點(diǎn)，此外耐紫外性能差，不耐強(qiáng)堿，吸濕，界面與樹(shù)脂粘合性較差，因此在現(xiàn)有對(duì)位芳綸的研究中，從對(duì)位芳綸結(jié)構(gòu)及復(fù)合材料成型方法方面已著手開(kāi)展解決對(duì)位芳綸固有弱點(diǎn)的技術(shù)工作。

2 對(duì)位芳綸復(fù)合材料的分類

2.1 按復(fù)合基體類型

對(duì)位芳綸復(fù)合材料按復(fù)合基體類型可分為：樹(shù)脂基復(fù)合材料、橡膠基復(fù)合材料、無(wú)機(jī)非金屬基復(fù)合材料等。

2.1.1 樹(shù)脂基復(fù)合材料

樹(shù)脂基復(fù)合材料是對(duì)位芳綸在復(fù)合材料領(lǐng)域最主要的應(yīng)用之一。樹(shù)脂基復(fù)合材料又分為熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料和熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料，樹(shù)脂基體類型主要有：環(huán)氧樹(shù)脂(EP)、不飽和聚酯、乙烯基酯、尼龍、聚乙烯醇縮丁醛和聚乙烯等[4]，通過(guò)纏繞法、手糊法、浸漬法、真空袋法、加壓法以及注射法等方法進(jìn)行復(fù)合結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天、體育器材，及工業(yè)、民用中需耐熱減重的復(fù)合結(jié)構(gòu)件中。

特別注意的是與碳纖維樹(shù)酯基復(fù)合材料相比，芳綸纖維還具有以下優(yōu)熱：不導(dǎo)電(碳纖維導(dǎo)電)， 因此在地鐵、工業(yè)廠房等結(jié)構(gòu)中使用碳纖維就有很大的局限性甚至禁入性；碳纖維用于混凝土結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)，務(wù)必與鋼筋隔離以防電化學(xué)腐蝕，而使用芳綸纖維則不受此限制；相對(duì)碳纖維承受動(dòng)載和局部沖擊作用則芳綸纖維更有競(jìng)爭(zhēng)力；芳綸纖維為塑性形變、作為延性補(bǔ)強(qiáng)，芳綸纖維材料是理想的材料。對(duì)重量要求特別苛刻的使用場(chǎng)合，如大型直升機(jī)的結(jié)構(gòu)件，對(duì)位芳綸將是首選原材料。

對(duì)位芳綸作為復(fù)合材料使用，存在的技術(shù)短板主要在于一是界面結(jié)合能力差，復(fù)合材料的復(fù)合成功率相對(duì)較低，二是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的切割加工時(shí)易起毛，造成復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件結(jié)構(gòu)缺陷，形狀不易保持規(guī)則性。目前各研究機(jī)構(gòu)對(duì)芳綸樹(shù)酯基復(fù)合材料的樹(shù)酯體系，與其它纖維混雜復(fù)合，對(duì)位芳綸表面改性技術(shù)等正在進(jìn)行試驗(yàn)及工業(yè)化研究，相信會(huì)使對(duì)位芳綸能夠進(jìn)一步的揚(yáng)長(zhǎng)避免。

2.1.2 橡膠基復(fù)合材料

芳綸短纖維橡膠基復(fù)合材料具有高模量、低生熱、低磨耗、耐刺穿等優(yōu)良性能[5]。目前橡膠基復(fù)合材料主要應(yīng)用于輪胎、三角帶、傳送帶。目前由于價(jià)格原因，對(duì)位芳綸輪胎僅在高檔賽車輪胎及在有耐高溫、耐化學(xué)品腐蝕、高強(qiáng)度等特殊要求場(chǎng)合中的三角帶、傳送帶得到應(yīng)用。

2.1.3 無(wú)機(jī)非金屬基復(fù)合材料

對(duì)位芳綸纖維增強(qiáng)砂漿因具有一系列優(yōu)越的力學(xué)性能而受到廣泛關(guān)注。但芳綸結(jié)構(gòu)規(guī)整度高其纖維表面結(jié)晶度較高，惰性較強(qiáng)，當(dāng)其與基體復(fù)合時(shí)，兩相界面結(jié)合強(qiáng)度較弱。在研究芳綸砂漿復(fù)合材料時(shí)，改善界面性能是研究的重點(diǎn)，也是一道難題[3]。

2.2 按對(duì)位芳綸產(chǎn)品形式

按對(duì)位芳綸產(chǎn)品形式，在實(shí)際應(yīng)用加工又可分為芳綸單向纖維復(fù)合材料、芳綸織物復(fù)合材料、短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。采用此種分類方法，對(duì)對(duì)位芳綸生產(chǎn)廠家更為直觀。

2.2.1 芳綸單向長(zhǎng)絲纖維復(fù)合材料

各種纖維與樹(shù)酯復(fù)合，形成單向復(fù)合材料層板的力學(xué)性能[6]如下表3。

表3 幾種纖維單向復(fù)合材料力學(xué)性能

性能項(xiàng)目Kerlar-49E玻璃纖維T-300碳纖維芳綸1414纖維體積含量,%60606060密度/(g·cm-3)1.382.051.551.380°拉伸強(qiáng)度/MPa13801100124012800°拉伸模量/GPa72.439.313171.6泊桑比0.340.30.250.330°壓縮強(qiáng)度/GPa27658611002700°壓縮模量/GPa72.439.313171.690°拉伸強(qiáng)度/MPa27.634.541.42790°拉伸模量/GPa5.58.966.25.490°壓縮強(qiáng)度/MPa13813813813090°壓縮模量/GPa5.58.966.25.5面內(nèi)剪切強(qiáng)度/MPa44.7626243.8面內(nèi)剪切模量/GPa2.073.454.832.42層間剪切強(qiáng)度/MPa48～69839646

由表3可以看出，芳綸1414復(fù)合材料在密度和強(qiáng)度方面，比起玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有更顯著的優(yōu)點(diǎn)。與碳纖維相比它們?cè)诘蛻?yīng)力下具有彈性，在高應(yīng)力下則為塑性，十分類似金屬的韌性，在特定的條件下具有一定的應(yīng)用意義。

采用單向纖維與樹(shù)酯復(fù)合成型，形成的無(wú)緯布復(fù)合防彈衣，在強(qiáng)度、韌性，耐熱及傳遞，消耗沖擊波方面具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，因此國(guó)際高端防彈衣目前仍然基本采用對(duì)位芳綸無(wú)緯布復(fù)合材料。

另外由于對(duì)位芳綸強(qiáng)度高，變形極小，單向纖維紡紗與樹(shù)酯成型作為光纜加強(qiáng)芯承力件，采用纏繞技術(shù)浸漬樹(shù)酯形成高壓容器承壓結(jié)構(gòu)件已得到較廣泛的應(yīng)用。

2.2.2 芳綸織物復(fù)合材料

芳綸長(zhǎng)絲纖維容易織成各種機(jī)織物。使用這些織物，給復(fù)合材料成型工藝帶來(lái)很大方便，表4列出了國(guó)外常用芳綸織物的主要力學(xué)性能[6]。

表4 國(guó)外常用芳綸織物型號(hào)

型號(hào)質(zhì)量厚度紗線密度/dtex拉伸強(qiáng)度/MPa紗線編織/(g·m-2)/mm經(jīng)向緯向經(jīng)向緯向旦數(shù)方法120610.1113134804470195平紋1431900.25398261290380/195四經(jīng)破緞紋220750.1099525530380平紋1811700.282020119011703808H緞紋2432280.33157--1140/380四經(jīng)破緞紋2851700.2577111011301140四經(jīng)破緞紋3282310.3377125013401420平紋3352310.3377--1420四經(jīng)破緞紋5001630.2555102010701420平紋9003030.45661640174021305H緞紋

值得注意的是，綜合價(jià)格及技術(shù)互補(bǔ)因素，芳綸/碳纖維布等混雜纖維機(jī)織布已成行業(yè)熱點(diǎn)，主要是由于芳綸纖維與碳纖維的熱膨脹系數(shù)很接近，這兩種纖維特別適宜于按不同比例混雜，加入碳纖維纖維，制成混雜復(fù)合材料，可以提高使用芳綸復(fù)合材料的抗壓性能。同時(shí)對(duì)位芳綸的加入也可以改善碳纖維由于韌性差而發(fā)生突然斷裂的主要弊端。

國(guó)內(nèi)各研究機(jī)構(gòu)對(duì)不同用途的芳綸機(jī)織布的織物結(jié)構(gòu)也展開(kāi)相關(guān)的設(shè)計(jì)應(yīng)用研究，如天津工業(yè)大學(xué)，江南大學(xué)的對(duì)位芳綸三維編織復(fù)合材料。

2.2.3 短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料

芳綸短纖維主要用于增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料，以提高熱塑性復(fù)合材料的斷裂強(qiáng)度。如前所述橡膠基輪胎用短纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料，砂漿增強(qiáng)，盤根材料等。

2.2.4 漿粕復(fù)合材料

采用對(duì)位芳綸漿粕制成芳綸峰窩，再通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，與其它復(fù)合材料組合形成層板結(jié)構(gòu)件，用于航空航天、高鐵等方面實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)、減重功能，目前該技術(shù)在間位芳綸1313峰窩材料技術(shù)基礎(chǔ)上，1414峰窩板工業(yè)化技術(shù)基本成熟，但由于芳綸價(jià)格問(wèn)題，應(yīng)用領(lǐng)域及用量極少。

3 對(duì)位芳綸復(fù)合材料的應(yīng)用

3.1 軍事領(lǐng)域

軍事方面最典型的是防彈衣及防彈頭盔，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高和優(yōu)異的熱穩(wěn)定性使芳綸纖維在彈道沖擊所產(chǎn)生的高溫度下可以保證抗沖擊結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；高結(jié)晶、高取向性產(chǎn)生了高模量，保證了對(duì)軸向變形的快速反應(yīng)；高彈性和中等延伸率使芳綸纖維具有高韌性，從而在縱向斷裂時(shí)能有效工作。

芳綸及其復(fù)合材料以其優(yōu)越的使用性能而被廣泛應(yīng)用于裝甲領(lǐng)域，用于增強(qiáng)、減重，并被稱為第2代復(fù)合裝甲材料。法國(guó)航母“戴高樂(lè)”號(hào)的關(guān)鍵部位和丹麥的SF300多功能艦艇也敷設(shè)了Kevlar芳綸裝甲材料。

3.2 航空航天領(lǐng)域

在航天方面，主要用作運(yùn)載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體和壓力容器，用作人造衛(wèi)星太陽(yáng)電池陣基板、拋物面天線反射器、SAR天線電氣板和各種連接管桿件等，用作宇宙飛船的駕駛艙，氧氣、氮?dú)夂秃獾娜萜饕约巴L(fēng)管道等。

芳綸或混雜芳綸復(fù)合材料已作為二次結(jié)構(gòu)材料在航空領(lǐng)域成熟應(yīng)用，如超大型民航機(jī)波音B757的貨艙、B787的客艙等，尤其是直升機(jī)的艙內(nèi)、進(jìn)氣道、發(fā)動(dòng)機(jī)殼、槳葉等部位的大量應(yīng)用[7]，一般芳綸與碳纖維配合使用，在實(shí)現(xiàn)減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量的前提下，對(duì)易磨損和易碰撞復(fù)合材料部件實(shí)施外表面的防護(hù)。芳綸可用于制作飛機(jī)和直升機(jī)的二次結(jié)構(gòu)材料，如機(jī)艙門、窗、整流罩體、天花板、艙壁、空氣管道、貯藏箱柜等，如波音B757飛機(jī)的起落架艙門。

3.3 建筑領(lǐng)域

高層大型建筑可用芳綸作水泥增強(qiáng)骨架，將芳綸編織成鋼筋狀、做成預(yù)應(yīng)力混泥土加強(qiáng)筋，使建筑本身的重量大大減輕，在抗剪切等方面起到重要作用[8]，如在上海東方明珠電視塔的建筑中，就使用了芳綸增強(qiáng)混凝土材料。

芳綸也可用作建筑物的加固修復(fù)，其中芳綸纖維布在舊橋加固的應(yīng)用范圍比較廣， 如廣東省惠州西枝江大橋?yàn)?跨鋼架拱橋采用對(duì)位芳綸復(fù)合材料加固；京石高速公路趙辛店橋采用對(duì)位芳綸復(fù)合材料固。芳綸纖維的抗沖擊和耐疲勞性能要大大優(yōu)于碳纖維.在耐火性能。耐腐蝕方面也好于碳纖維。因此，在業(yè)界，芳綸纖維有代替碳纖維片大量用在舊橋加固上的趨勢(shì)。另外，芳綸纖維還有一個(gè)顯著的特點(diǎn)是其破壞為非脆性，破壞前會(huì)出現(xiàn)頸縮。有明顯征兆。這也使得芳綸纖維在舊橋加固中應(yīng)用的領(lǐng)域更加廣泛[9]。

一些地下工程建筑物如地鐵、隧道采用芳綸纖維棒材包括芳綸纖維筋和芳綸纖維索代替鋼筋運(yùn)用可以運(yùn)用在錨桿、盾構(gòu)片、部分混凝土襯砌中。用芳綸格柵代替隧道、地鐵等地下工程中混凝土襯砌內(nèi)的鋼筋網(wǎng)，有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。

3.4 交通工具領(lǐng)域

在汽車工業(yè)中，芳綸常被用作轎車和卡車的驅(qū)動(dòng)軸、剎車環(huán)、離合器、天然氣的能源儲(chǔ)藏罐[10]。

對(duì)位芳綸復(fù)合材料可制造快艇、帆船、賽艇、漁船、獨(dú)木舟等。采用對(duì)位芳綸復(fù)合材料造船，船身質(zhì)量比玻璃鋼、碳纖維復(fù)合材料以及金屬鋁都輕，船體質(zhì)量可減輕30%左右，節(jié)約燃料30%以上，可相應(yīng)增加航程。由于對(duì)位芳綸復(fù)合材料具有吸收振動(dòng)及承受連續(xù)沖擊的能力，船航行平穩(wěn)和安全[11]。

3.5 電子電氣領(lǐng)域

芳綸纖維具有優(yōu)異的力學(xué)性能、電絕緣性能、透波性能以及尺寸穩(wěn)定性能，它在電子電氣領(lǐng)域中已應(yīng)用在微電子組裝技術(shù)中表面安裝技術(shù)(SMT)用的特種印刷電路板，機(jī)載或星載雷達(dá)天線罩、雷達(dá)天線饋源功能結(jié)構(gòu)部件和運(yùn)動(dòng)電氣部件等多方面。美國(guó)RCA公司為多顆衛(wèi)星研制的多部拋物面天線中，其反射面均采用芳綸纖維織物增強(qiáng)復(fù)合材料制造[3]。

對(duì)位芳綸可以用來(lái)作“張力構(gòu)件”(或稱芯棒)，該張力構(gòu)件具有高模量特點(diǎn)，可以使細(xì)小且脆弱的光纖在受到拉力時(shí)得到保護(hù)而不致伸長(zhǎng)，這樣就不損害光的傳輸性能。現(xiàn)在還用芳綸代替鋼絲制造水下電纜，特別是深海電纜。

3.6 輪胎領(lǐng)域

芳綸簾子線使得橡膠胎面得以增強(qiáng)，抑制了胎面行駛時(shí)的摩耗，這樣既節(jié)約能源又使得耐久性得到提高，使得冰雪路面和胎面的摩擦力得到提高。但芳綸作為簾線主要缺點(diǎn)是成本太高、生產(chǎn)技術(shù)復(fù)雜，需要專門設(shè)備加工。

3.7 管道領(lǐng)域

Kevlar纖維是軟管增強(qiáng)材料的最佳選擇。目前，越來(lái)越多的汽車軟管、化學(xué)工業(yè)用軟管、石油工業(yè)用軟管、航空工業(yè)用各種液壓軟管以及海洋用軟管都采用Kevlar纖維作增強(qiáng)材料。美國(guó)Chrysler公司和Gates公司則采用Kelvar纖維作為汽車?yán)鋮s裝置軟管的增強(qiáng)材料制成了溫度可達(dá)150 ℃左右的汽車?yán)鋮s膠管。Gates公司、美國(guó)Goodall公司將芳綸纖維制成了用于核電站、化工廠和石油勘探方面的大口徑膠管[3]。

3.8 耐熱及防護(hù)服裝領(lǐng)域

艙外航天服材料要求輕質(zhì)、柔韌、耐磨、抗沖擊、力學(xué)耐久性好、耐化學(xué)、耐熱、耐光性能好，能防止各種輻射，在超高和超低溫下，在高能熱光輻射下材料的各項(xiàng)性能穩(wěn)定，芳綸纖維織物是首選材料[3]。

3.9 摩擦材料領(lǐng)域

在密封板材領(lǐng)域，用芳綸纖維代替石棉纖維制成的芳綸纖維增強(qiáng)橡膠密封板材具有較好的密封性能，對(duì)人體沒(méi)有危害。在盤式制動(dòng)墊研究方面，芳綸的摩擦損耗性能和內(nèi)抗剪強(qiáng)度最好，有望在近幾年應(yīng)用與轎車后制動(dòng)器和微型車的前制動(dòng)器。

3.10 體育用品領(lǐng)域

對(duì)位芳綸復(fù)合材料可用來(lái)制造釣魚(yú)竿、高爾夫球棒、標(biāo)槍、自行車以及網(wǎng)球拍，也可以通過(guò)芳綸與碳纖維或硼纖維或玻璃纖維的混雜等方法，使得芳綸的優(yōu)勢(shì)顯現(xiàn)出來(lái)[11]。

4 發(fā)展建議

國(guó)內(nèi)對(duì)位芳綸復(fù)合材料的發(fā)展目前基本進(jìn)入軌跡，但還存在價(jià)格高，國(guó)內(nèi)對(duì)位芳綸質(zhì)量不過(guò)關(guān)，復(fù)合界面性能差、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)及性能評(píng)價(jià)體系相對(duì)薄弱的問(wèn)題。針對(duì)以上問(wèn)題，首先要求國(guó)內(nèi)芳綸生產(chǎn)廠家要把國(guó)產(chǎn)芳綸質(zhì)量作好，避免受到國(guó)外限制；其次優(yōu)先開(kāi)發(fā)現(xiàn)行對(duì)位芳綸不可替代的復(fù)合材料領(lǐng)域，如防彈衣，防彈頭盔等，并與碳纖維，玻璃鋼復(fù)合材料對(duì)比，發(fā)掘具有獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)新的對(duì)位芳綸或三者混雜新型復(fù)合材料；另外加強(qiáng)復(fù)合材料研究單位與對(duì)位芳綸生產(chǎn)廠家的交流合作，一是從組份、結(jié)構(gòu)、功能三者結(jié)合形成芳綸復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，及對(duì)復(fù)合材料性能評(píng)價(jià)方面打下更好的基礎(chǔ)，二是有利于芳綸生產(chǎn)廠家深入理解，并生產(chǎn)出適合于復(fù)合材料用質(zhì)量要求的對(duì)位芳綸產(chǎn)品；最后加強(qiáng)改善芳綸復(fù)合界面粘合力差的缺陷，通過(guò)研發(fā)樹(shù)酯體系及芳綸表面改性技術(shù)組合，使芳綸纖維界面復(fù)合性能達(dá)到要求。

[1] 嚴(yán)冬東.對(duì)位芳綸熱處理及纖維的結(jié)構(gòu)與性能研究[D].東華大學(xué),2014.

[2] 陳超峰,王鳳德,彭濤，等.對(duì)位芳綸及其復(fù)合材料發(fā)展思考[J].化工新型材料,2010,38(6): 1-5..

[3] 夏于旻.芳綸復(fù)合材料的性能、制備及應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古石油化工,2006,32(9): 16-18.

[4] 王燦耀,傅明連,蔡偉龍，等.芳綸及其復(fù)合材料的發(fā)展與應(yīng)用[C].//2003年塑料助劑和塑料加工應(yīng)用技術(shù)研討會(huì)論文集.2003:323-328.

[5] 曹付軍,張江,張少華，等.對(duì)位芳綸復(fù)合材料[J].化工時(shí)刊,2014,28(1): 35-37.

[6] 沃西源,涂彬,夏英偉，等.芳綸纖維及其復(fù)合材料性能與應(yīng)用研究[J].航天返回與遙感,2005,26(2):50-55.

[7] 廖子龍.芳綸及其復(fù)合材料在航空結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用[J].高科技纖維與應(yīng)用,2008,33(4):25-29.

[9] 邢天霞,李建軍.芳綸纖維復(fù)合材料在舊橋加固中的應(yīng)用[J].中國(guó)公路,2008,(3):78-79.

[10] 王燦耀,傅明連，蔡偉龍，等.芳綸纖維及其復(fù)合材料的研究進(jìn)展[C].新世紀(jì)塑料改性高新技術(shù)成果及應(yīng)用論文資料集(續(xù)集).

[11] 廖子龍.芳綸及其復(fù)合材料在航空結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用[J].高科技纖維與應(yīng)用,2008,33(4):25-29.

Research development of para-aramid composites

Zhou Meijin1，Deng Fei1,2

(1.HighPerformanceFibreCenterofSinopecYizhengChemicalFibreL.L.C.,YizhengJiangsu211900,China;2.JiangsuKeyLaboratoryofPerformanceFiber,YizhengJiangsu211900，China)

The properties, composite material classification and research development of para-aramid were introduced. The structure and properties of aramid fiber, carbon fiber(CF) and high strength polyethylene(UHMWPEF) were discussed. The performance advantage and shortcoming of each type of fiber and its composites were also carried out in this paper. Some proposals to the next domestic have put forward to industry development for para aramid composites.

para aramid; composites; development

2016-10-08

周美進(jìn)(1969-)，安徽樅陽(yáng)人，高級(jí)工程師，主要從事聚酯及芳綸項(xiàng)目研究工作。

TQ324.8

A

1006-334X(2016)04-0022-06