高性能纤维材料之二芳纶纤维

芳纶的全称为“芳香族聚酰胺纤维”，我国称为芳纶，芳纶纤维工业化的产品主要有两种：芳纶1313（全称为聚间苯二甲酞问苯二胺纤维，英文简称PMI）和芳纶1414。芳纶1313是开发最早、产量最大、应用最广，也是最有发展前途的有机耐高温纤维，到目前为止，全球年生产能力已达3.1万吨左右。芳纶1414（聚对苯二甲酰对苯二胺）是一种高模量、高强度、耐磨损、低电导率、尺寸稳定、密度为钢丝1／4的轻质增强和耐高温材料， 常被作为制备高性能复合材料的增强物质，素有高分子材料中的“百变金刚”之誉，是当今世界高性能纤维材料的代表。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。最早20世纪60年代由美国杜邦（DuPont）公司成功地开发出芳纶纤维并率先产业化。芳纶的生产原料主要是是聚合级苯二胺和聚合级苯二甲酰氯。其中，聚合级苯二甲酰氯是芳纶的生产原料之一，大约占成本的1/3。 芳纶1414纤维自诞生之日起就成为军用战略物资，是当今极为重要的国防军工材料。它具有超高强度、高模量和耐高温、重量轻、耐酸耐碱等优异性能，其强度是钢丝的5~6倍，模量为钢丝或玻璃纤维的2~3倍，韧性是钢丝的2倍，重量仅为钢丝的1/5左右，且绝缘性能好，抗老化，有很长的使用周期。

为适应现代战争需要，目前美、英等发达国家的防弹衣均采用了芳纶材质。芳纶防弹衣、头盔的轻量化，有效提高了军队的快速反应能力和杀伤力。1983年10月25日，美国侵入南美洲岛国格林纳达。战斗中一顶头盔经受住了22发子弹的强烈冲击，其中甚至包括一颗大约23米以外射来的AK-47步枪7.62毫米子弹，但没有一颗子弹能将头盔击穿。抵挡住AK-47子弹的这种头盔材料是芳纶1414（凯夫拉纤维）。当今世界上，除美军外，德国、西班牙、意大利、比利时、新加坡、日本、加拿大等国军队都装备了“凯夫拉”防弹头盔。 在海湾战争中，美、法飞机大量使用了芳纶复合材料。化，大大提高了快速反应能力、战斗力和防护能力。在航空、航天方面，芳纶由于质量轻而强度高，节省了大量的动力燃料，在宇宙飞船发射过程中，每减轻1公斤重量，意味着降低100万美元成本。 德国Acordis公司近期开发出高性能超细对位芳纶 (Twaron)产品，既不燃，也不会熔融，还有很高强度和极大杭切割能力，主要可用于生产涂层及非涂层织物、针织产品和针剌毡等既耐高温又抗切割的各种纺织服装装备。可为消防队提供防护套装和毡毯等装备，以及为铸造，炉窑、玻璃厂等高温作业部门提供耐热防火服，以及生产飞机座阻燃防火包覆材料。用这一高性能纤维还能创造汽车轮胎、冷却软管、V型皮带等机件、光学纤维电缆和防弹背心等防护装备，还能代替石棉做磨擦材料材抖和密封材料等。 目前，芳纶产品用于防弹衣、头盔等约占7～8%，航空航天材料、体育用材料大约占40%；轮胎骨架材料、传送带材料等方面大约占20%左右，还有高强绳索等方面大约占13%。  国际上芳纶纤维走过了由军用战略物资向民用物资过渡的几十年艰难历程，目前发展成为在工业和民用领域有着广泛应用的高端材料；对位芳纶已成为全球发展最快、产量最高、用途最广的高科技纤维，，近年全球对位芳纶的需求量为5.5万吨/年～5.7万吨/年，近两年世界对位芳纶年产量可达7.6万吨；预计2010年全球对位芳纶需求量达7.8万吨～9万吨。

目前全球芳纶产能主要集中在日本和美国、欧洲；生产对位芳纶的厂家主要有美国杜邦公司、日本帝人公司和俄罗斯耐热公司等，前两家公司的年产量分别占世界总产量的55%和40%；仅美国Kevlar纤维目前就有十多个牌号，每个牌号又有数十种规格。中国从20世纪60年代初开始研究开发间位芳纶生产技术，直到2004年，该项技术才得以攻破，烟台氨纶股份有限公司在国内率先实现间位芳纶的工业化生产，打破了国外公司垄断的局面。到2009年，烟台氨纶股份有限公司的间位芳纶生产能力已达到4300t／a，在世界间位芳纶供应商中列居第二位。除烟台氨纶外，中国苏州圣欧、广东彩艳公司也共有1000t／a的间位芳纶生产装置投产，使得中国在全球仅有的6个间位芳纶供应商中占据了3席。间位芳纶的国产化大大拉动了上下游产业的发展。在中国纺织工业加工制造优势明显的背景下，全球间位芳纶产业特别是间位芳纶下游加工业出现了明显向中国转移的趋势。