芳纶是芳香族聚酰胺制成的高性能纤维的总称。
它是由美国杜邦公司于1965年开发的。由对苯二胺或间苯二胺与邻苯二甲酸二胺缩聚而成。与尼龙(一种脂肪族聚酰胺,也称为合成纤维)相比,它具有刚性的分子骨架,主链中含有芳香环,因此具有较高的强度和弹性模量。1974年,芳纶被命名为通用名称,以区别于尼龙。
芳纶纤维根据其分子结构分为对位型和间位型。前者具有优异的机械强度、耐切割性和减振性能,而后者具有优异的耐热性、阻燃性和耐化学性。
芳纶纤维具有对位型和间位型的各自特性,并用于利用这些特性的应用中。
对位芳纶纤维应用广泛,从工业应用到航空航天。工业应用的例子包括光纤的受拉构件和绳索。该应用利用了其强度约为相同重量的钢五倍的特性,但又具有抗伸长能力。
此外,由于其耐摩擦特性,它还用于需要承受长期磨损的轮胎和刹车片等应用。此外,由于其耐切割性,它也被用作安全防护产物的纤维,例如工作手套和背心。另一方面,在航空航天领域,由于其耐热性,也被用作降落伞的材料。
间位芳纶纤维与对位芳纶纤维的不同之处在于它们不具有*的强度。虽然它具有与通用聚酯相同的强度、比重和质地,但它具有较高的氧指数(表明阻燃性能),并且在高达 400℃ 的温度下不会熔化或分解。它用于需要耐热性和阻燃性的应用,例如消防服和飞机座椅。
对位芳纶纤维的强度和高模量来自聚合物内键的强度。由于对位体系为全反式,因此具有高度线性和平面性的分子骨架。
当对位芳纶树脂溶解在浓硫酸中并拉伸时,分子链首先形成氢键,然后形成链,形成平板。此外,板由于分子间力而粘合在一起,形成圆柱形纤维材料。这样,通过形成特殊的分子链排列和高阶结构,表现出高强度、高弹性模量等多项性能。
间位芳纶纤维的分子呈锯齿状排列,因此氢键和分子间作用力比对位芳纶纤维弱,使其与聚酯或尼龙纤维一样坚固。另一方面,它具有相对柔性的结构,由于其密集的苯环在高温下不易分解或着火,并且表现出良好的耐热性。它还具有优异的耐酸、碱化学性能。
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