芳纶纤维 | 不惧火、不畏高温的防护“战士”|复材云集｜复合材料

某仓库突发大火,仓库中的货物几乎完全焚为灰烬。而就在这一堆废墟中,保险公司的人员惊讶地发现,大量杜邦Kevlar纱线虽然被熏黑,但却依然完整,没有被大火焚毁。其中的纸卷芯也依然完好,其下的木质托盘竟也得以保留下来。究其原因,杜邦Kevlar芳纶纤维除了拥有非常卓越的耐磨性和强度外，同时也具有出色的阻燃、耐高温特性。

芳纶纤维究竟是何方神圣,又到底能耐受多高的温度呢?

芳纶纤维诞生于20世纪60年代末,最初作为宇宙开发材料和重要的战略物资而秘不示人,平添了许多神秘色彩。冷战结束后,芳纶作为高技术含量的纤维材料大量用于民用领域,才逐渐露出庐山真颜。芳纶的全称是“芳香族聚酰胺纤维” ( aramid fibers ) ,是一类新型的特种用途合成材料。因为构成纤维的高聚物长链分子中含有酰胺基,所以与锦纶一样,同属于聚酰胺类纤维。不同的是,构成锦纶的高聚物大分子中连接酰胺基的是脂肪链,而芳香族聚酰胺纤维中连接酰胺基的是芳香环或芳香环的衍生物,所以把这类纤维统称为芳香族聚酰胺纤维,简称芳纶。芳纶纤维主要分为两种:对位芳酰胺纤维(PPTA)和间位芳酰胺纤维(PMIA)。其中,间位芳酰胺纤维主要以芳纶1313为代表，有“防火纤维”之美称。对位纤维以芳纶1414为代表,有“防弹纤维”之美称。

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芳纶1313 最早由美国杜邦公司研制成功,并于1967年实现了工业化生产。芳纶1313最突出的特点就是耐高温性能好,可在220 ℃高温下长期使用而不老化,其电气性能与机械性能的有效性可保持10年之久,而且尺寸稳定性极佳,在250 ℃左右的热收缩率仅为1%,短时间暴露于300℃高温中也不会收缩、脆化、软化或者融熔,只在370 ℃以上的降温下才开始分解, 400 ℃左右开始碳化。如此高的热稳定性在目前有机耐温纤维中是绝无仅有的。

用芳纶1313制作的特种防护服,遇火时不燃烧、不滴熔、不发烟,具有优异的防火效果。尤其在突遇900-1 500 ℃的高温时,布面会迅速碳化及增厚,形成特有的绝热屏障,保护穿着者逃生。若加入少量抗静电纤维或芳纶1414,可有效防止布料爆裂,避免雷弧、电弧、静电、烈焰等危害。用芳纶1313有色纤维可制作飞行服、防化作战服、消防战斗服及炉前工作服、电焊工作服、均压服、防辐射工作服、化学防护服、高压屏蔽服等各种特殊防护服装,用于航空、航天、军服、消防、石化、电气、燃气、冶金、赛车等诸多领域。除此之外,在发达国家,芳纶织物还普遍用作宾馆纺织品、救生通道、家用防火装饰品、熨衣板覆面、厨房手套以及保护老人儿童的难燃睡衣等。

几乎与芳纶1313的发明同步,杜邦公司在20世纪60年代末研制出另一种高性能合成纤维芳纶1414,其商品于1972年首次问世。

芳纶1414外观呈金黄色,貌似闪亮的金属丝线,实际上是由刚性长分子构成的液晶态聚合物。由于其分子链沿长度方向高度取向,并且具有极强的链间结合力,从而赋予纤维空前的高强度、高模量和耐高温特性。芳纶1414的发现被认为是材料界发展的一个的重要里程碑。芳纶1414有极高的强度,是优质钢材的5-6倍,模量是钢材或玻璃纤维的2-3倍,韧性是钢材的2倍,而重量仅为钢材的1/5。芳纶1414的连续使用温度范围极宽,在-196-204 ℃范围内可长期正常运行。在150 ℃下的收缩率为0,在560 ℃的高温下不分解不熔化,耐热性更胜芳1313一筹,且具有良好的绝缘性和抗腐蚀性,生命周期很长,因而赢得“合成钢丝”的美誉。

芳纶1414首先被应用于国防军工等尖端领域。为适应现代战争及反恐的需要,美、俄、英、德、法、以色列、意大利等许多国家军警的防弹衣、防弹头盔、防刺防割服、排爆服、高强度降落伞、防弹车体、装甲板等均大量采用了芳纶1414,除了军事领域外,芳纶1414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、海洋水产、体育用品等国民经济各个方面。（来源：拓威新材料TOWEX）

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