高性能纤维——芳纶纤维（概述篇）

芳纶纤维全称为聚苯二甲酰苯二胺，与碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维并称世界三大高性能纤维，相对密度小、高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、绝缘性，被广泛应用在军事、航空航天、电子电器、交通运输、建筑、医疗等领域。

芳纶纤维是人工合成的芳香族聚酰胺纤维，由酰胺键互相连接芳香环（Ar-CONH-Ar）所构成的合成型线型高分子聚合物（至少有85%的酰胺键直接连接在2个芳环上）制成的纤维，主链由芳香环和酰胺键构成，芳环结构刚性高，聚合物链呈伸展状态形成棒状结构；同时线性结构的分子链式使得芳纶纤维空间利用率高，故单位体积可容纳的聚合物多因此强度较高。区别于普通柔性聚合物分子链，对位芳纶纤维的主链结构主要由苯环对位而成的棒状分子结构构成，由于大共轭的苯环存在，分子链段难以发生内旋转，从而呈现一种线性刚性结构。

芳纶纤维按分子结构大致分主要有四种，对聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)、间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)、含杂原子的杂环芳族聚酰胺纤维、邻位芳纶的全芳族聚酰胺纤维，被应用较多的是PPTA和PMIA。

对位芳纶(PPTA)。对位芳纶的性能取决于它的内部结构。大分子主链是酰胺键与苯环交替而成的线性分子结构，酰胺键与苯环基团形成共轭结构，内旋转困难，从而呈现一种刚性结构，决定了芳纶纤维的高强度。大分子链通过氢键形成交联网状结构，分子主链排列规整性较好，沿纤维轴向呈现高度取向，结晶度高，在纺丝过程中可达到伸展链结构实现高模量。

对位芳纶具有高强度、高弹性模量、耐高温、耐酸耐碱、重量轻等特性。强度为钢丝的5~6倍、玻纤的3倍、高强尼龙工业丝的2倍，模量为钢丝或玻璃纤维的2~3倍、高强尼龙工业丝的10倍，韧性是钢丝的2倍，重量仅为钢丝的1/5左右。560℃下不分解，不熔融。200℃经100h后，强度保持率仍在75%以上，160℃经过500h后，仍能保持原强度的95%左右。阻燃性方面，对位芳纶的极限氧指数在30%左右，属于难燃纤维。

对位芳纶的应用主要集中在汽车增强与结构材料、航空航天工业、军事防护装备、光学纤维保护增强，以及轮胎、橡胶增强等领域。

图 PPTA

间位芳纶(PMIA)。间位芳纶中的单体是1，3－苯二胺和1，3－苯二酸，大分子呈锯齿状排列，赋予了间位芳纶分子链柔性的优点，玻璃化转变温度较高，因此具有优异的耐高温、阻燃和绝缘性能,是一种综合性能优良的耐高温特种纤维，同时具有优异的热稳定性，可在220℃使用十年以上，240℃下受热1000h，机械强度仍保持原有的65%，在370℃以上才分解出少量气体。具有阻燃性，高温燃烧时表面碳化，不助燃，不产生熔滴。具有电绝缘性，具有可纺性、化学稳定性和耐辐射性。抗辐射性能优良，实验表明，其在50kV的X射线连续照射250h后，仍能保持原有强度的49%。

间位芳纶被应用在各个领域，如环境保护、航空航天、高温防护、耐高温工业用纸、高温过滤毡和过滤袋、高温传送带等。

图 PMIA