芳綸Ⅲ纖維,為何被稱為“超級纖維”

說到芳綸纖維,很多人不由主動的想到凱芙拉,想到芳綸1313和芳綸1414。 芳綸III雖然畢竟面世幾十年了,甚至國內研制成功也有二十多年,但還是有大部分的人和少部分從事復材的人員不認識或極少了解它。
  芳綸Ⅲ(簡稱F3 纖維)纖維是主鏈由芳綸和雜環組成的一類高分子聚合物纖維,全稱雜環芳香族聚酰胺纖維,又稱“雜環芳綸”,被工程界譽為“超級纖維”。
  芳綸 III 纖維由對苯二胺(PPDA)、對苯二甲酰氯(TPC)和第三單體苯并咪唑基團在低溫環境中進行共縮聚反應,并經濕法紡絲技術制得。相對于聚對苯二甲酰對苯二胺(PPTA,又稱芳綸 14),在大分子主鏈中引入了苯并咪唑基團替代部分 PPDA 和 TPC。F3 纖維的大分子結構可以用如下結構式表示:
  一、芳綸III 的歷史
  1、國外
  俄羅斯上世紀60年代后期開始芳香聚酰胺尤其是雜環芳香聚酰胺,并在上世紀70年代后期到80年代初取得較大進展,多個產品實現產業化。上世紀80年代末90年代初,俄羅斯科學家還進行Rusa芳綸(含氯-Armos)的研發,即用鄰氯對苯二胺代替Armos單元中的對苯二胺。俄羅斯科學家對位芳綸CBM(SvM)、高強高模芳綸APMOC(Armos)的經驗基礎上,開發出新的產品Rusar。
  目前,俄羅斯生產芳綸主要廠家為卡明斯克化纖股份公司,生產SvM、Armos、Rusar、Arutek、Arus等5種型號產品。
  2、國內
  國內芳綸III 在1998 年,根據需要及軍工需求,以俄羅斯同類產品Armos為參照進行研發,于2005 年由中藍晨光率先研制成功,其商品名為STARAMID F-3。于 2006 年由四川輝騰科技有限公司投入生產實現工業化,并實現年產量高達 300 噸以上的生產能力。中藍晨光化工研究院于2006年投產50t/a芳綸III項目。廣州彩艷集團規劃建設的100噸/年芳綸III生產線也于2011年開始投產。
  目前國產芳綸III 產品拉伸強度達到5.0GPa,拉伸彈性模量150-180GPa,性能居國內批產有機纖維之,達到俄羅斯Rusar 批產產品水平。
  二、芳綸III 的特點
  芳綸III纖維由于其特殊的雜環結構使其比普通對位芳綸1I具有更高的強度和模量,影響分子鏈的剛性,降低了分子鏈排布的有序性,結晶度相對芳綸II下降。纖維本身就類似一個復合體系,由結晶區和無定形區復合而成。
  芳綸III是采用第三單體(M3)部分取代對苯二胺(PPDA)與對苯一甲酰氯(TPC)進行低溫溶液縮聚反應制得的三元共聚物,該反應時在強極性溶劑DMAC和助溶劑LiCl存在下進行的。芳綸III樹脂原液經過紡絲、熱處理制得芳綸III纖維。
  圖1.  芳綸 III 纖維的生產工藝
  F3纖維的密度僅為1.43g/cm?、具有超高強/高模、高韌性、耐高低溫、優異電絕緣性、耐輻照、抗腐蝕、耐疲勞、高阻燃性等特點。
  圖2、芙絲特?芳綸Ⅲ的基本性能
  芳綸III與其他幾種纖維的性能指標對比:
  來自英國利 茲大學的科學家得出 結論:芳綸 IIIRusa 纖維穩定性是杜邦 kevlar和帝人Twaron 的 2-2.5 倍??茖W家分別將 Rusa、kevlar 和Twaron 放在沸水中煮 300小時,結果顯示長時間的沸騰使kevlar和Twaron強度降低到了初始的60%,而Rusa強度僅僅降低了 10%。
  三、芳綸III 的應用
  芳綸III 由于其自身優異的性能,使之廣泛應用于各行各業。
  圖3.芳綸III 的應用領域
  芳綸 III 纖維具有優異的防彈性能,其高強高模,質量輕,抗沖擊性好目前在防彈領域應用為廣泛 。
  俄羅斯芳綸 III 產品 Rusar 已經大量用于個人防護領域,被公認為上好的防護材料之一。