芳綸纖維的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用
芳綸纖維的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用
芳綸纖維全名芳香族聚酰胺纖維( aramid) ，是由亞酰胺鍵或酰胺鍵連接的芳香族基團(tuán)所構(gòu)成的線型大分子組成的纖維，直接與兩個(gè)芳環(huán)相聯(lián)結(jié)的至少有 85%的亞酰胺鍵或酰胺鍵，且當(dāng)亞酰胺鍵存在時(shí)，其數(shù)值不超過酰胺鍵的數(shù)量。芳綸纖維具備卓越的阻燃性、耐熱性、高韌性，同時(shí)模量高、絕緣能力優(yōu)異，是高性能纖維，經(jīng)過多年的研究與發(fā)展，芳綸纖維已實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用，在軍工國防、航空航天、交通運(yùn)輸、能源通訊、環(huán)保建材、防護(hù)用品、體育器材、紙張制造等等領(lǐng)域。雖受制于技術(shù)封鎖，我國的芳綸企業(yè)還無法與帝人、杜邦競(jìng)爭(zhēng)，但經(jīng)過國內(nèi)技術(shù)人員的持續(xù)研究，我國已實(shí)現(xiàn)所有對(duì)位芳綸的規(guī)格和品種的國產(chǎn)化，包括高模、高強(qiáng)對(duì)位芳綸，2020 年我國實(shí)現(xiàn)年產(chǎn) 29000 噸芳綸纖維，主要以兩款最經(jīng)典的產(chǎn)品———間位芳綸纖維 ( PMIA ) ( 市場(chǎng)份額 80%) 、對(duì)位芳綸纖維( PPTA) 為主，同時(shí)突破了可用于軍用防彈頭盔的超高強(qiáng)對(duì)位芳綸制備技術(shù)。我國千噸級(jí)對(duì)位芳綸的骨干企業(yè)主要有泰和新材( 其間位芳綸位居全球第二) 、中化國際、中芳特纖、藍(lán)星新材、儀征化纖、瑞盛新材。芳綸纖維是我國關(guān)鍵戰(zhàn)略材料的重要品種之一。
1.1芳綸纖維的結(jié)構(gòu)
兩種常見芳綸纖維的結(jié)構(gòu)及合成方法及優(yōu)勢(shì)性能對(duì)比見表 1。
紡絲時(shí)，主鏈的這類大共軛苯環(huán)、線性剛性結(jié)構(gòu)規(guī)整、分子鏈高度有序的結(jié)構(gòu)，即使在有限空間，芳綸纖維的分子鏈也能沿著纖維的取向，進(jìn)行高密度、多層的堆疊，形成高度取向、高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)，且芳綸纖維的分子鏈間有氫鍵交聯(lián)，即一條分子鏈的羰基可與另一條分子鏈酰胺基團(tuán)的氫形成氫鍵。微纖結(jié)構(gòu)、次晶結(jié)構(gòu)和皮芯結(jié)構(gòu)都是芳綸纖維的超分子結(jié)構(gòu)形態(tài)。對(duì)于皮芯結(jié)構(gòu)，皮層結(jié)晶度較小( 厚度 0.1μm～1μm) ，取向度較高( 芯層沿纖維軸向排列的是單晶) 。縱向的分子取向幾乎與纖維軸的取向平行，軸向具有強(qiáng)共價(jià)鍵，當(dāng)軸向受力斷裂，其結(jié)構(gòu)會(huì)劈裂成更細(xì)的微纖單絲; 橫向是與氫鍵片層的輻射狀平行，即為較弱的氫鍵，當(dāng)垂直于軸向的力施加在纖維上時(shí)，著力點(diǎn)被分層破壞。軸強(qiáng)橫弱，致使芳綸纖維具有各向異性的力學(xué)性能，強(qiáng)度也呈現(xiàn)縱強(qiáng)橫弱的特點(diǎn)，壓縮和剪切性能較差。即便如此，對(duì)于抗壓強(qiáng)度，由于芳綸纖維存在橫向氫鍵，比超高分子量聚乙烯高。
張亞如通過掃描顯微鏡觀察龍邦、圣偶、韓國三個(gè)品牌的間位芳綸纖維的有這較光滑的縱向表面，紅外光譜測(cè)的有明顯的苯環(huán)、酰胺鍵的震動(dòng)，取向度54.2%～56.0%，結(jié)晶度 44.5% ～54.5%，纖維斷裂強(qiáng)力8.3cN～9.3cN、斷裂伸長率37.1% ～40.3%、初始模量 40.5cN / dtex ～ 46.6cN/ dtex，標(biāo)準(zhǔn)大氣下的含水率7.05% ～ 7.30%，使用純水和 3.5%氯化鈉去制備含水率分別為10%、20%、30%的芳綸纖維，其斷裂強(qiáng)力發(fā)生下降，分別下降5.2% ~12.7%、16.0% ～21.8%、21.2% ～28.5%，斷裂伸長率隨含水率增加而上升，含水率增加最多的為2.2% ～ 4.6%，初始模量分別下降5.1%～25.0%、26.1% ～35.3%、29.8%～50.0%，拉伸性能在兩種介質(zhì)中的差別不大。在各條件下，不同含水率的芳綸纖維放濕、吸濕平衡時(shí)間如下表 2 所示。
對(duì)位芳綸的熱降解符合二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律。楊陳等人使用高溫烘焙對(duì)位芳綸，發(fā)現(xiàn)在低于350 ℃ 條件下，對(duì)位芳綸的分子結(jié)構(gòu)和力學(xué)、熱學(xué)性能保持穩(wěn)定，高于 350 ℃ 后，溫度升高，纖維的分子結(jié)構(gòu)開始逐漸出現(xiàn)裂解、交聯(lián)，力學(xué)性能、熱學(xué)性能均逐漸下降，當(dāng)溫度達(dá)到 450 ℃ 以上，纖維的結(jié)晶度和取向度下降，特性粘度、各個(gè)方向晶面的表觀晶粒尺寸有圖通程度的增加。
1.2芳綸纖維的合成
芳綸纖維的合成的主要方法是一直沿用至今的日本帝人公司也使用的低溫溶液縮聚法。國內(nèi)也有很多在低溫溶液縮聚方法上進(jìn)行改良的合成方法，例如孔海娟等，引入正己烷，增大對(duì)位芳綸的比表面積。芳綸主要合成方法見表 3。
紡絲方法的研究有液晶紡絲技術(shù)，梁園等人，應(yīng)用干噴濕紡成對(duì)位芳綸。在高度 12 毫米的空氣層、10% 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的凝固浴，8℃ 條件下，45 厘米的集束點(diǎn)的高度下，可制備出力學(xué)性能及最佳外觀的1100分特的對(duì)位芳綸。
1.3芳綸纖維的性能
芳綸纖維的力學(xué)性能優(yōu)異，比錦綸、滌綸、鋼絲在力學(xué)性能方面要好很多，主要性能對(duì)比如下圖 1所示。
圖1 芳綸纖維力學(xué)性能與錦綸、滌綸、鋼絲力學(xué)性能對(duì)比
在應(yīng)用過程中，纖維的老化后的力學(xué)性能、酸堿溶液處理的性能等也需要得到研究。
鄭有婧等人對(duì)芳綸纖維的氣候老化進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)芳綸纖維的拉伸強(qiáng)度，通過人工老化，都發(fā)生下降，其中下降最大的是老化剛結(jié)束的時(shí)候，經(jīng)24小時(shí)恒溫恒濕調(diào)濕后，拉伸性能逐步穩(wěn)定。
賈儲(chǔ)源等人使用人工加速濕熱老化對(duì)芳綸纖維的濕熱老化性能你進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在濕熱老化過程中，芳綸纖維基本沒有出現(xiàn)化學(xué)降解，沒有分子結(jié)構(gòu)變化，而是纖維的皮芯結(jié)構(gòu)被水分子滲透，分子鏈段隨時(shí)間的延長其聚集態(tài)結(jié)構(gòu)逐漸變成無序，剝離纖維皮層，從而改變纖維的性能，1.45 °的結(jié)晶峰半峰寬變成 7.63 °。
間位芳綸應(yīng)避免堿性條件使用。楊佑等人對(duì)不同含量DMAC的間位芳綸長絲，分別浸泡在稀釋過的DMAC溶液、氫氧化鈉、鹽酸溶液中，而后對(duì)其進(jìn)行熱氧化處理( 300 ℃ ) ，發(fā)現(xiàn)含DMAC較高的間位芳綸在經(jīng)過熱氧化處理后，纖維斷裂伸長率和斷裂強(qiáng)度保持率的保持率均較低，且對(duì)前者的影響大于后者，熱氧化750小時(shí)后，較高DMAC的纖維的基面有明顯的空洞、裂紋，其斷裂強(qiáng)度保持率為40.06 %; 經(jīng)稀氫氧化鈉浸泡過的含較高 DMAC含量的間位芳綸纖維，比經(jīng)稀的鹽酸、DMAC溶液處理的間位芳綸纖維的斷裂伸長率保持率、斷裂強(qiáng)度保持率低很多，較低含量DMAC的間位芳綸，經(jīng)稀氫氧化鈉浸泡處理的間位芳綸，在經(jīng)過150小時(shí)的熱氧化處理后，纖維表面被明顯破壞，其斷裂伸長率保持率、斷裂強(qiáng)度伸長率分別為27.03 %、52.29 %.周琴等人發(fā)現(xiàn)芳綸纖維在空氣存在，其表層的上漿劑在 150 ℃ ～ 200 ℃ 發(fā)生揮發(fā)，纖維表面無氧化反應(yīng)，250 ℃ 以上分子鏈發(fā)生氧化，纖維表層分子鏈因緊密重排、氫鍵增強(qiáng)，分子鏈的苯環(huán) C－H 鍵氧化成—COOH、—C—OH，纖維表面極性得到增強(qiáng)，處理 1 小時(shí) 40 分鐘，表層分子的重排完成，纖維表層分子的平均晶粒尺寸增加，熱處理 1 小時(shí)，結(jié)晶度提高 7.88 % 達(dá)最大，且極性含氧集團(tuán)能提升與環(huán)氧樹脂的界面粘合，界面剪切強(qiáng)度提高 11.9%為 18.05 MPa。纖維的單絲拉伸強(qiáng)度經(jīng)熱處理變化小，熱處理 2 小時(shí)，其拉伸強(qiáng)度提升僅為 3 %。對(duì)位芳綸纖維表層分子鏈在 300 ℃ 熱處理后，發(fā)生運(yùn)動(dòng)、重排、收縮，結(jié)晶度增加、提高 4.9 % 的單絲纖維拉伸強(qiáng)度，纖維分子鏈被氧化; 350 ℃ 熱處理，表層分子鏈出現(xiàn)交聯(lián)、收縮，纖維表層分子鏈也被氧化; 300 ℃ 、350 ℃ 熱處理?xiàng)l件，分子鏈斷裂的同時(shí)均出現(xiàn)明顯的分子鏈分解。
芳綸纖維由于其表面的活化性能不足，在應(yīng)用過程中會(huì)受到很多限制，因此對(duì)芳綸纖維改性能增大使用范圍。芳綸纖維的改性，要么著眼于芳綸纖維光滑的表面，通過降低纖維表面的沿軸向的分子取向度，提高纖維表面的粗糙度，增加表面極性，提升纖維與基體的浸潤性; 要么通過增加纖維表面的活性基團(tuán)、“橋”基，通過對(duì)纖維表面進(jìn)行功能化，使獲得的活性基團(tuán)或“橋梁”基團(tuán)可以基體通過化學(xué)鍵或物理作用相結(jié)合，提高基體與纖維二者間的界面粘結(jié)強(qiáng)度。
芳綸纖維的改性方法主要有物理、化學(xué)改性。物理改性主要有等離子體技術(shù)、超聲浸漬技術(shù)、γ－射線改性、深冷處理、熱處理、超臨界 CO2 處理、表面涂層技術(shù)及絡(luò)合改性; 化學(xué)改性主要有表面刻蝕、表面化學(xué)接枝、生物酶接枝。
2.1物理刻蝕改性
芳綸纖維的物理刻蝕改性主要是使用等離子體、超聲波等作用于芳綸纖維表面，以提高芳綸纖維的表面的粗糙度。
余榮祿等人使用等離子體對(duì)對(duì)位芳綸表面進(jìn)行改性處理，而后使用環(huán)氧樹脂丙酮溶液涂覆纖維表面，對(duì)位芳綸表面氧元素含量增加、纖維表面表層有原纖剝離、剝落、和環(huán)氧樹脂基體的幾面結(jié)合能力得到提高。
劉鵬翔研發(fā)了一種等離子體技術(shù)，使用極細(xì)的導(dǎo)線雙螺旋型電極結(jié)構(gòu)，對(duì)芳綸織物進(jìn)行物理改性，并接入了丙烯酸單體，纖維表面粗糙、有明顯的凹坑和突起物，比表面積增大，水接觸角降低，提高了 64 %的表面自由能，最佳處理時(shí)間為 120 秒，用于芳綸簾線，增強(qiáng)了其與橡膠之間的粘合力。
2.2芳綸纖維的化學(xué)刻蝕改性
芳綸纖維的刻蝕化學(xué)改性主要是通過與特定的化學(xué)試劑發(fā)生反應(yīng)，使得表面主鏈中的酰胺鍵發(fā)生水解，產(chǎn)生許多微原纖結(jié)構(gòu)、纖維表面的高結(jié)晶被破壞、表面粗糙度提高，同時(shí)部分化學(xué)試劑作用還可以引入氨基等活性基團(tuán)。常用的處理介質(zhì)主要有無機(jī)酸或無機(jī)中性溶液和有機(jī)溶液。無機(jī)溶液刻蝕芳綸纖維一般會(huì)顯著降低芳綸纖維的強(qiáng)度，因此對(duì)于需求較高強(qiáng)度的復(fù)合材料時(shí)，一般不會(huì)采用無機(jī)試劑，即使使用也需要嚴(yán)格控制處理程度。有機(jī)試劑不僅能使得芳綸纖維表面得到刻蝕，還可以引入一些基團(tuán)和官能團(tuán)，同時(shí)不會(huì)造成芳綸纖維主體受損。
謝有菊等人，使用鄰苯二甲酸酐對(duì)芳綸纖維平紋織物進(jìn)行化學(xué)刻蝕，纖維表面的粗糙度、纖維表面極性官能團(tuán)以及與樹脂基體間的化學(xué)鍵合作用得到增強(qiáng)，芳綸纖維及其復(fù)合材料的性能得到改善。
2.3化學(xué)接枝改性
羅林宗等人使用二甲基亞硫酰鈉溶液對(duì)芳綸纖維處理，表面酰胺鍵產(chǎn)生活性位點(diǎn)，再分別用三氯丙基三乙氧基硅烷( KH230) 、烯丙基氯接枝，制備出改性的芳綸/ 炭黑/ 天然橡膠復(fù)合材料。前者接枝改性后，有－C－si－伸縮振動(dòng)吸收峰出現(xiàn)在芳綸纖維表面，且 Si 含量增大; 后者接枝改性后，C 含量增大，O 含量降低，天然橡膠與芳綸纖維的界面相容性改善。且二者接枝改性后的芳綸纖維，表面粗糙度、復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率均得到增加，晶體結(jié)構(gòu)無影響，結(jié)晶度降低。
劉倩等人使用磷酸配合超聲輔助對(duì)對(duì)位芳綸進(jìn)行刻蝕，改性后對(duì)位芳綸纖維表面粗糙度增加、比表面積增大，含氧極性基團(tuán)被引入，沉降體積提高 57.14 %，達(dá) 220 mL，動(dòng)態(tài)接觸角降低，纖維的水潤濕性、水分散性及親水性增強(qiáng)。纖維仍保持高結(jié)晶度、良 好的熱穩(wěn)定，改性對(duì)芳綸纖維的損傷小。
李翠玉等人使用氯化鋁和 KH560 乙醇溶液改性芳綸纖維，纖維表面粗糙度、表面能增加，接觸角減小 38.16%，樹脂纖維間的界面粘結(jié)力增強(qiáng)，提升了復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)力、抽出力，纖維本身的強(qiáng)力下降小 2，有效提升復(fù)合材料的性能。王澤嘉使用在 50 ℃ 條件下使用 2 %氯磺酸處理 10 分鐘以及先用 100 %的醋酸酐浸泡 1 分鐘再用甲醇處理 3 分鐘這兩種表面改性方法對(duì)芳綸紙進(jìn)行改性，其力學(xué)性能均影響較小。李翠玉等人對(duì)芳綸緯平針織物使用硅烷偶聯(lián)劑改性，再通過真空輔助樹脂傳遞模塑成型工藝制備復(fù)合材料，改性后的芳綸復(fù)合材料的最大彎曲載荷、最大沖擊載荷、最大拉伸載荷提高了 30 % 以上，最大壓縮載荷提高了近 25 %。
楊陳等人使用液氨對(duì)對(duì)位芳綸纖維進(jìn)行超低溫處理，未發(fā)生纖維分子結(jié)構(gòu)的變化。有孔穴在纖維表面出現(xiàn)、粗糙度增加，無定形區(qū)比例增加、比表面積增加，在1～ 2小時(shí)處理時(shí)間內(nèi)纖維表面摩擦因素提高最佳，染色吸附性能得到提升，晶度、分子量、特性黏度、聚合度輕微下降，在可控的斷裂強(qiáng)度下降范圍內(nèi)( 20 % 左右) ，動(dòng)靜摩擦因素可大幅提高，染色性能改善。
岳鵬飛等人使用路易斯酸/ CaCl2 / 乙醇溶液處理芳綸纖維，纖維表面有溝槽產(chǎn)生、粗糙度和比表面積均增大、結(jié)晶度降低、表面的化學(xué)基團(tuán)和元素組成發(fā)生變化，單一纖維的接觸角變小、增加纖維的潤濕性，熱穩(wěn)定性變化不大。
2.4紡絲改性
曹凱凱等人使用經(jīng)低溫溶液縮聚而得到的間位芳香族聚酰胺樹脂( 含有咪唑結(jié)構(gòu)) ，再通過干濕法紡制得到改性的具有優(yōu)異的熱( 氧) 穩(wěn)定性、阻燃性的芳綸長絲，同時(shí)力學(xué)性能優(yōu)異，極限氧指數(shù) 46 %，灼熱絲的起燃溫度達(dá) 930 ℃ 、可燃性指數(shù)為 960 ℃ ，空氣中的熱穩(wěn)定性比氯氣穩(wěn)定性好，阻燃等級(jí) V－0。
芳綸纖維的顏色主要通過載體染色、非水介質(zhì)染色及結(jié)構(gòu)生色實(shí)現(xiàn)。載體染色是通過載體的加入，調(diào)整纖維大分子鏈的運(yùn)動(dòng)，改變( 降低) 芳綸纖維的玻璃化溫度，削弱分子間氫鍵，從而上染芳綸纖維。非水介質(zhì)主要是利用溶劑改變纖維聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、溶脹芳綸纖維，同時(shí)分散染料的聚集體形貌結(jié)構(gòu)得到調(diào)控，促使染料分子擴(kuò)散入芳綸纖維內(nèi)部上染。結(jié)構(gòu)生色是引入納米粒子，調(diào)整納米粒子的形態(tài)、粒徑，改變織物顏色或者加入高折射率的物質(zhì)構(gòu)建周期性納米結(jié)構(gòu)，是環(huán)境友好的一種生色方法，依賴納米粒子或光子晶體的結(jié)構(gòu)及排列。
3.1間位芳綸的染色
由于間位芳綸結(jié)晶度高、對(duì)稱的分子結(jié)構(gòu)，以及大量苯環(huán)在分子結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生位阻效應(yīng)，使得酰胺鍵很難與其他基團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致纖維表面活性低，染色困難。目前間位芳綸主要有紡絲原液染色、溶劑染色、載體染色以及表面改性后染色這幾種染色方法。其中，紡絲原液染色對(duì)靈活多變的小規(guī)模染色不適用，且控制顏色相對(duì)較難，因此在大規(guī)模單一的芳綸染色中，原液著色芳綸纖維應(yīng)用研究較廣。溶劑染色主要為使用無水或少水體系進(jìn)行染色，由于溶劑回收困難、設(shè)備要求高，目前應(yīng)用還沒有產(chǎn)業(yè)化。因此載體染色和表面改性染色是間位芳綸的研究重點(diǎn)。
酰胺鍵的存在，也會(huì)導(dǎo)致染色后間位芳綸織物的耐日曬牢度差，因此提高間位芳綸織物的耐日曬牢度也是目前研究的重點(diǎn)。張帥等人研究了間位芳綸織物的分散染料染色、陽離子染料染色以及涂料墨水的染色，發(fā)現(xiàn)間位芳綸分子結(jié)構(gòu)含有大量酰胺鍵，受日光照射( 尤其是小于 400 納米的紫外光) 發(fā)生斷裂，氧化，產(chǎn)生黃變。并隨日照時(shí)間加長，黃變加重，加劇了間位芳綸的日曬色變，這也是間位芳綸色牢度差的重要原因。其次經(jīng)分散染料
染色的芳綸織物在長時(shí)間日光照射后，間位芳綸織物表面已遭受嚴(yán)重?fù)p傷，分散染料一般只能進(jìn)入間位芳綸纖維的表面，隨表面的嚴(yán)重?fù)p傷，染料與損傷的纖維一同脫落，造成織物褪色。經(jīng)陽離子染料染色的芳綸織物則多是因?yàn)槿玖媳蛔贤庋趸茐亩斐赏噬?。在使?1 % ～ 6 %( owf) 的染料進(jìn)行染色時(shí)，發(fā)現(xiàn)染料用量越大，耐日曬牢度越好。為提高或在需要較高色牢度領(lǐng)域使用間位芳綸織物，可采用涂料染色，其耐日曬牢度可達(dá) 4 級(jí)。
3.1.1載體染色
張帥等人在 140℃ 條件下，使用3%( omf) 分散藍(lán)73，1g / L 擴(kuò)散劑NNO，浴比 1:50。pH 值 5～6，保溫 45分鐘，加入自制助劑載體 EA－ 1，可有效提高高溫高壓分散染料染間位芳綸織物的 K / S值，加入濃度越高載體，得色越深。同時(shí)染色前間位芳綸織物經(jīng)酸處理可提高染色得色量，其中分散紅W－4BS－01、分散黃 64、分散藍(lán) 73 染色間位芳綸織物的耐日曬牢度較佳。
尚潤玲等人使用自制酰胺類載體對(duì)間位芳綸織物使用陽離子染料染色，用5.5% ( owf) 陽離子染料染深色時(shí)，需使用 50 g / L ～ 55g / L 的載體，pH4 ～ 4.5，40g / L ～ 45g / L NaCl，在 130 ℃ 條件下保溫50～ 60分鐘，可有效提升間位芳綸織物的 K / S值。耐日曬牢度3 ～4級(jí)，干、濕摩擦色牢度及水洗變色、沾色牢度均可達(dá) 4 ～ 5 級(jí)。
3.1.2表面改性染色
使用多聚磷酸處理間位芳綸，纖維表面發(fā)生刻蝕，含氧基團(tuán)增多，活性增強(qiáng)，結(jié)構(gòu)無變化; 纖維溶脹，無晶體結(jié)構(gòu)損傷，結(jié)晶度略降低，熱學(xué)性能無變化。再使用自制的載體 EA－ 1 對(duì)改性后的間位芳綸纖維進(jìn)行陽離子染料染色，織物的上染率和表觀得色量均明顯提高，間位芳綸纖維吸附染料的能力得到改善。
王繼業(yè)等人使用退漿酶對(duì)間位芳綸織物進(jìn)行染色前處理，與氫氧化鈉處理工藝相比，使用退漿酶，可提升間位芳綸織物染色后的色牢度和染色效果，且織物強(qiáng)力損傷更小，適宜間位芳綸織物的染色前處理工藝。
郭亞飛等人對(duì)芳綸織物使用臭氧等離子體進(jìn)行預(yù)處理，芳綸纖維表面變粗糙，大量活性基團(tuán)被引入，但纖維染色性能并未得到有效提升。芳綸纖維在樹脂中的分散性大幅提高，水性樹脂中的芳綸纖維分布均勻，纖維與樹脂的結(jié)合強(qiáng)度提升，因此使用水性樹脂對(duì)經(jīng)預(yù)處理的芳綸織物進(jìn)行改性，再使用分散染料染色，芳綸織物的上染率可達(dá) 98．6 %，耐摩擦色牢度 4 ～ 5 級(jí)。但預(yù)處理后纖維表面遭受刻蝕，纖維強(qiáng)力損 失較大，阻 燃性能下降。
3.1.3溶劑染色
趙川等人在 150 ℃ 、45 MPa 的超臨界狀態(tài)下，輸送二氧化碳流體染色，使用分散染料及自制載體，染色間位芳綸紗線，各項(xiàng)色牢度均在 3 ～ 4 級(jí)以上，紗線強(qiáng)力略有提升，K / S 值大幅提升。
3.2對(duì)位芳綸的染色
霍倩等人使用自制的助劑50g / L染色對(duì)位芳綸纖維織物，在140℃ 條件下，浴比1∶20，使用 4 % ( omf) 陽離子染料，加入10g/LOP－10，20g/LNaNO3，pH 值為 5，染色時(shí)間 60 分鐘，對(duì)位芳綸織物的K/S值顯著提升，耐皂洗色牢度達(dá)4～5級(jí)以上。
和超偉等人使用30g/L化學(xué)載體助劑A，在140℃ 的染色溫度、pH3～4，使用陽離子染料染色對(duì)位芳綸，保溫60分鐘，得最佳K/S 值。其中NaCl對(duì)染色后對(duì)位芳綸的色深值影響不大 。
林燕萍使用等離子體處理對(duì)位芳綸，纖維的結(jié)晶度降低，無定形區(qū)增加，分子結(jié)構(gòu)未發(fā)生變化，力學(xué)性能略有降低，纖維的摩擦性提高、染色性能改善。
3.3芳綸織物的印花
劉帆等人合成了平均粒徑91.79nm、表面張力29.47 mN/m、玻璃化溫度為10.5 ℃、水接觸角為50°，50%質(zhì)量損失的熱分解溫度為403.83 ℃ 的氨基硅油改性丙烯酸酯粘合劑，其凝膠率為2.52%、轉(zhuǎn)化率為92.33%。使用30%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的粘合劑在芳綸織物上進(jìn)行印制性能良好的涂料印花，圖案顏色有較高的表觀色深值，顏色鮮艷、色光飽和，濕摩擦色牢度4級(jí)，干摩擦色牢度4～5級(jí)，織物手感柔軟。
將自制的新型載體作為促進(jìn)劑，用于間位芳綸織物( 織物克重 150g/m2) 的陽離子染料印花。傳統(tǒng)的芳綸染色載體大多有毒或者有刺激性氣味，難溶于水，用于印花會(huì)導(dǎo)致染料與漿料分離、會(huì)發(fā)生滲化，使得印制圖案輪廓變得模糊，霍倩等人使用新型的可充分與水互溶的自制載體，不僅能提高印制圖案輪廓的清晰度，印制顏色鮮艷的圖案，同時(shí)具有優(yōu)良的增深效果。使用海藻酸鈉糊料與自制的羧甲基糯玉米淀粉糊料按 3:7 復(fù)配得到染料印花用糊料，加入1%的陽離子染料，2%的自制新型載體，5% N－甲基吡咯烷酮，調(diào)節(jié) pH 值5-6，得印花色漿。在氨綸織物上印制后并在 80 ℃ 烘干十分鐘后，并在 110 ℃ 汽蒸 20min，再通過冷水洗、熱水洗以及在100℃ 條件下加入2g/L 皂洗劑、1g/L碳酸鈉進(jìn)行皂洗5min 后，再經(jīng)水洗烘干。印花織物的干摩擦色牢度4級(jí)、濕摩擦色牢度3～4級(jí)以及耐洗色牢度4級(jí)以上。
張帥等人使用海藻酸鈉和羧甲基糯玉米淀粉復(fù)配得到印花糊料，加 2 %的分散染料、1%的促進(jìn)劑、4 %的增溶劑、2 %的防染鹽 S，在pH為 9 的條件下，對(duì)芳綸織物進(jìn)行印花，印制后，在 110 ℃ 條件下，進(jìn)行汽蒸 20 分鐘，印花后，圖案輪廓清晰，耐日曬牢度佳，耐干摩擦牢度較佳，耐皂洗色牢度的變色良好，棉、尼龍、腈綸、羊毛沾色良好，但醋纖和滌綸沾色欠佳，耐濕摩擦牢度較差。
4.1金屬化應(yīng)用
芳綸纖維雖然在很多性能上比金屬纖維優(yōu)異，但因其較強(qiáng)的絕緣性即不良導(dǎo)體，在宇航電纜、電磁屏蔽、超級(jí)電容器等特殊領(lǐng)域方面的應(yīng)用存在局限，因此對(duì)芳綸纖維的金屬化的研究，也是近年來的研究發(fā)展熱點(diǎn)。金屬化芳綸纖維首先對(duì)纖維表面活化改性，提升纖維表面的潤濕性，而后再浸入化學(xué)鍍液( 例如銀) 中，引發(fā)沉積，從而金屬化纖維。也有通過對(duì)芳綸纖維先進(jìn)行除油，而后置于含硝酸銀的 N –甲基吡咯烷酮( NMP) 中，再進(jìn)行超聲溶脹可成功在纖維表面引入納米銀顆粒，實(shí)現(xiàn)芳綸纖維的金屬化。
4.2體育運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用
在運(yùn)動(dòng)中運(yùn)動(dòng)員使用的防具、體育運(yùn)動(dòng)的設(shè)備以及一些器械制作，需要盡可能的質(zhì)量輕便，密度小，同時(shí)兼具延展性、耐用，芳綸纖維由于其質(zhì)量輕便，優(yōu)異的性能和外觀，可讓使用者獲得更舒適的運(yùn)動(dòng)體驗(yàn)，取得更優(yōu)異的競(jìng)技成績(jī)，例如以橡膠、木材為原料的球類運(yùn)動(dòng)網(wǎng)球、乒乓球的球拍，可使用芳綸纖維及其復(fù)合材料進(jìn)行替換，在控球效果、反彈效果、球拍強(qiáng)度等都有大幅提升。芳綸纖維具有很高的比強(qiáng)度和比模量，且芳綸纖維復(fù)合材料的比強(qiáng)度最高、比模量中等，使用芳綸纖維的運(yùn)動(dòng)器械、沖擊力較大、速度較快的運(yùn)動(dòng)( 如滑雪、賽車) 的護(hù)具、設(shè)備可保護(hù)運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練、競(jìng)技過程的安全性。芳綸纖維及其復(fù)合材料的阻尼減震效果比金屬材料減震效果更好，對(duì)于需要借助阻尼性能的運(yùn)動(dòng)設(shè)備或器械的體育運(yùn)動(dòng)，芳綸纖維的運(yùn)用可提升運(yùn)動(dòng)員競(jìng)技成績(jī)，例如添加了芳綸纖維的球拍，比一般的碳纖維材料的球拍減震吸能效果好，同時(shí)兼具更好的抗沖擊性能。芳綸綸纖維良好的耐磨性、高的強(qiáng)度、極高的穩(wěn)定性、易加工成型，可提升材料的安全性和環(huán)保性，是可替代石棉纖維的材料。
4.3柔性防刺材料、防彈材料的應(yīng)用
柔性防刺材料，需要技能抗拉伸又能抗剪切，同時(shí)后者更為重要。以芳綸無緯布做基材的柔性防刺材料需要使用粘合劑對(duì)其進(jìn)行正交復(fù)合層壓，使其能充分固定纖維、防止纖維滑移，同時(shí)固化的粘合劑和減少刀尖的刺入深度，但其膠體改性劑會(huì)導(dǎo)致其柔軟性降低。芳綸非織造布種的芳綸纖維由于其屬于無規(guī)律排列，結(jié)構(gòu)致密性更強(qiáng)，對(duì)尖銳利器的防刺穿性更好，但其纖維內(nèi)部的結(jié)構(gòu)較為松散，纖維之間的抱合力不好，單獨(dú)作為防刺材料的防切割效果不佳。芳綸機(jī)織物的結(jié)構(gòu)交織相對(duì)緊密，對(duì)刀具的刺入可有效阻礙，但如果經(jīng)緯紗一旦有被割斷，突然變大的裂口會(huì)大幅降低防刺能力。芳綸針織物作為防刺材料的基材，刀具刺入，發(fā)生滑移的線圈帶動(dòng)周圍的線圈滑動(dòng)而拉緊，且拉緊的線圈逐漸增多，線圈間的摩擦力逐漸增大，可有效防止刀具的深入，同時(shí)拉緊線圈的過程會(huì)吸收能量，當(dāng)線圈到不能拉緊時(shí)，針織物“自鎖”，從而防刺。且發(fā)現(xiàn)羅紋組織的防刺性能優(yōu)于緯平針組織，且羅紋組織置于最上層的防刺性最佳。
艾青松等人采用不同的芳綸機(jī)織物配合無緯布，并使用真實(shí)打靶試驗(yàn)測(cè)試了防彈性能，發(fā)現(xiàn)芳綸機(jī)織物與芳綸纖維無緯布配合均能防彈，但機(jī)織物在前防彈效果較佳，采用面密度為 200g/m2 、厚度0.3mm 的平紋組織機(jī)織物與四層芳綸纖維無緯布組合的防彈結(jié)構(gòu)，防彈性能最佳滿足 NIJ ⅢA 標(biāo)準(zhǔn)、柔軟性好，適用于穿著舒適的防彈衣。
4.4航空航天應(yīng)用
據(jù)報(bào)道，日本帝人公司開發(fā)的對(duì)位芳綸“特柯諾拉”，已在美國的無人火星探測(cè)器的降落傘吊繩 ( 著陸用) 和提升裝置上使用。國內(nèi)烏云其其格等人，研究的3233樹脂芳綸纖維織物復(fù)合材料，采用蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，與環(huán)氧樹脂預(yù)浸料可直接形成膠瘤，其力學(xué)性能達(dá)到工程材料要求，復(fù)合材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為150℃ ，阻燃性良好，介電性能優(yōu)良，已在航空復(fù)合材料中應(yīng)用。段麗慧等人對(duì)采用芳綸材料的飛機(jī)尾翼，進(jìn)行了鳥撞擊試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)撞擊后，芳綸夾芯前緣構(gòu)型的前梁無破損，前緣出現(xiàn)凹陷，更耐受鳥撞擊; 芳綸層合板前緣構(gòu)型的前梁及前梁腹板出現(xiàn)破損、前緣出現(xiàn)破裂、前緣蒙皮產(chǎn)生較大變形，增加飛機(jī)鳥撞后的維修成本。
4.5其他應(yīng)用
芳綸1414在普通非金屬光纜的應(yīng)用市場(chǎng)，使用高強(qiáng)高模細(xì)支化的芳綸纖維，在外徑只有 0.32 mm～0.40 mm 的光纜線直徑的光纖制導(dǎo)領(lǐng)域，是最佳選擇。芳綸纖維還可以制備具有超高強(qiáng)度的纖維芳綸Ⅲ，而作為強(qiáng)力帶使用，毛成棟研究了設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝。除此之外芳綸纖維由于優(yōu)異的耐腐蝕性和化學(xué)性能，還可以芳綸機(jī)織物、非織造材料、芳綸納米纖維材料以及復(fù)合材料的形式在過濾材料中的液－ 固分離過濾材料、氣－ 固分離過濾材料、進(jìn)行使用。擁有力學(xué)強(qiáng)度良好、比表面積高、熱導(dǎo)率低的芳綸納米纖維的氣凝膠材料可作為高端保暖絮片或織物
芳綸纖維的性能優(yōu)異，是國家重點(diǎn)戰(zhàn)略材料之一，雖然我們已突破了很多研究瓶頸，但目前我們的生產(chǎn)技術(shù)能力還是距離帝人和杜邦公司較遠(yuǎn)，因此對(duì)于芳綸纖維材料的發(fā)展還需要更多更深入的研究?？梢酝ㄟ^引進(jìn)技術(shù)并鉆研技術(shù)提升我們的芳綸纖維的研究水平，同時(shí)通過自主創(chuàng)新、自研手段提升芳綸纖維的發(fā)展及加深芳綸纖維的研究。
