芳綸纖維具有優(yōu)異的力學(xué)性能和穩(wěn)定的化學(xué)性能,其大分子鏈上至少有85%的酰胺鏈(—CONH—)直接與兩個(gè)苯環(huán)相連接,全稱為“芳香族聚酰胺纖維”,芳綸纖維的品種主要有芳綸1313(間位芳綸)、芳綸1414(對(duì)位芳綸,也稱芳綸Ⅱ),芳綸Ⅲ(對(duì)位雜環(huán)芳綸)。對(duì)位芳綸是現(xiàn)有高性能纖維中綜合性能最好的有機(jī)纖維之一,具有高強(qiáng)高模、耐高溫、耐酸耐堿等優(yōu)良性能,與碳纖維相比較,芳綸纖維不導(dǎo)電,伸長率高,破壞特征為塑性破壞,承受動(dòng)載能力強(qiáng),耐局部沖擊能力強(qiáng),在地鐵、工業(yè)廠房、延性補(bǔ)強(qiáng)方面較碳纖維有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。
美國杜邦公司首先于20世紀(jì)60年代發(fā)明Kevlar(芳綸Ⅱ),70年代成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,隨后日本和歐洲也相繼生產(chǎn)對(duì)位芳綸,如1986年荷蘭阿克蘇諾貝爾公司(Akzo-Nobel,已與日本帝人公司合并)的Twaron纖維,1987年日本帝人公司的Technora纖維,和1987年的俄羅斯Terlon纖維等。由于高性能芳綸纖維的制備技術(shù)難度高、投資大,目前仍主要由美國杜邦公司和日本帝人公司生產(chǎn)。美國杜邦開發(fā)了多種對(duì)位芳綸的牌號(hào),根據(jù)不同的性能應(yīng)用于不同的領(lǐng)域,如Kevlar29是強(qiáng)度和模量比較適中的纖維,K129具有高強(qiáng)度的纖維主要用于纜繩等方面,近年來又開發(fā)了Kevlar AP具有很好的韌性,用于防彈等方面。日本帝人推出黑色芳綸(Twaron Black),以及用纖維制備成膜用于電池等領(lǐng)域。
從上世紀(jì)70年代起,中國開展了芳綸Ⅱ的基礎(chǔ)性研究和國產(chǎn)化研究,國家從“六五”計(jì)劃開始就對(duì)高性能對(duì)位芳綸的大規(guī)模穩(wěn)定化生產(chǎn)、實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化進(jìn)行大力扶持。近年來我國對(duì)位芳綸初步實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),多家企業(yè)建立了年產(chǎn)500-1000噸的對(duì)位芳綸生產(chǎn)線,如江蘇江蘇兆達(dá)特纖科技有限公司、煙臺(tái)泰和新材(氨綸)、河北硅谷化工、中藍(lán)晨光化工、中石化儀征化纖公司等。
芳綸Ⅲ最早由俄羅斯于上世紀(jì)70年代開發(fā)成功并實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。最早開發(fā)的品種為SVM,屬于二元雜環(huán)芳綸,后又成功開發(fā)三元雜環(huán)芳綸Armos。上世紀(jì)90年代俄羅斯在Armos的基礎(chǔ)上采用新型紡絲工藝開發(fā)出性能更優(yōu)的Rusar纖維并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),至今俄羅斯雜環(huán)芳綸總產(chǎn)能已達(dá)2000t/a。俄羅斯芳綸Ⅲ纖維,拉伸強(qiáng)度可達(dá)6.0GPa以上,性能優(yōu)于碳纖維T800的性能,已成功用在最先進(jìn)的導(dǎo)彈布拉瓦導(dǎo)彈和發(fā)動(dòng)機(jī)上。
當(dāng)前國際上對(duì)位芳綸的發(fā)展特點(diǎn)是以技術(shù)先進(jìn)性推進(jìn)應(yīng)用產(chǎn)品升級(jí)換代。杜邦公司開發(fā)了系列對(duì)位芳綸品種,如超高強(qiáng)型Kevlar129、超高模量型Kevlar149、高黏結(jié)型Kevlar-Ha、用于防彈的KevlarXP以及警用防彈衣織物KevlarProtera的超細(xì)芳綸。除此之外,杜邦公司還開發(fā)了一系列新品種,如Aracon芳綸新產(chǎn)品,用金屬在芳綸纖維表面鍍層,具有消除靜電、屏蔽輻射、傳輸電信號(hào)的功能,比金屬線質(zhì)輕、柔軟。此外,杜邦公司還不斷開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域,開發(fā)輕質(zhì)高強(qiáng)的凱夫拉纖維,提高防護(hù)性和功能性。帝人公司開發(fā)了分別專用于膠管和輸送帶增強(qiáng)的芳綸絲束Twaronl014和Twaron1015、Twaron2100、Twaron2300,特點(diǎn)是同時(shí)具有高勾結(jié)強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度以及防彈專用的Twaron1008CT超細(xì)芳綸。此外,帝人公司新開發(fā)的產(chǎn)品SulfonTM,可使輪胎滾動(dòng)阻力減少20%,意味著燃油消耗減少5%。德國Acordis公司近期開發(fā)出高性能超細(xì)對(duì)位芳綸,不燃不熔融,強(qiáng)度高,耐切割能力強(qiáng)。俄羅斯在雜環(huán)芳綸方面也不斷開發(fā)出新產(chǎn)品,如Artee纖維。其強(qiáng)度高達(dá)35CN/dtex,模量200GPa,浸漬環(huán)氧樹脂后的纖維強(qiáng)度為5.39GPa。