国产化高性能f芳纶纤维研究进展

《国产化高性能f芳纶纤维研究进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、@复合材料应用及产业化·1179·国产化高性能F一12芳纶纤维研究进展冯艳丽赵海泉胡淑芳张占权(中国航天科工集团第六研究院四十六所，呼和浩特010010)摘要介绍了国产高性能F一12芳纶纤维的研究进展及其性能水平，研究了不同规格的F一12纤维及其织物，介绍了F—12芳纶纤维应用技术研究的进展情况。关键词F一12纤维；结构；复合增强材料；,t生-tg；应用1引言高性能芳纶纤维具有高比强度、高比模量、低密度等一系列优点，是导弹壳体、卫星、复合装甲、飞机结构件、飞艇囊体等大量采用的增强纤维材料，是航天、航空等军事领域及高端民用市场复合材料应用的宠儿，在军事和民用领域发挥着不可

2、替代的作用，多年来受到各国政府的高度重视。美国研制的MX(和平卫士)导弹三级发动机在使用了Kevlar纤维后，发动机壳体质量减轻了35％，质量比达0．9l—O．92、容器特性系数PV／W值为32kin。俄罗斯在其移动洲际导弹SS一24、SS一25和SS一27的各级发动机壳体中使用了Armos纤维后，其质量比为0．93、容器特性系数提高到了41km。法国、印度、巴西的固体发动机也采用Kevlar纤维作为复合材料壳体。我国芳纶纤维增强材料长期处于较低水平，一些高性能复合材料用增强纤维只能依赖于进13，而拥有其制备技术的美、俄、13等国家将其视为战略物资而严加管控，对位芳纶中

3、的高品质纤维如Kevlarl29、149基本不向中国出售，Armos纤维也无正常进13渠道，严重影响了我国高性能复合材料的发展，也影响了我国航空、航天等事业的发展。为解决高性能芳纶纤维“瓶颈”问题，航天科工六院46所于1995年开展了国产高性能F—12芳纶纤维的研究与研制工作。历经十余年技术攻关，46所突破了特殊单体合成、纺丝用聚合物合成、纤维纺丝及后处理技术和纤维性能稳定性控制等关键技术，成功研发出具有完全自主知识产权的高性能F—12芳纶纤维，2008年，年产3吨的F一12纤维中试线得到全线贯通。有关内容曾在“F一12高强有机纤维纺丝技术研究”【1J一文中进行过介绍。

4、本文涉及的是F一12高性能芳纶纤维研制、生产及应用等方面研究的最新进展。2F一12纤维的结构与性能2．1F一12纤维的结构F—12纤维聚合物由对苯二甲酰氯、对苯二胺和46所研制的芳杂环二胺特殊单体三元共聚而成，Kevlar纤维则由对苯二甲酰氯、对苯二胺聚合而成，可见F—12纤维是在Kevlar纤维中引入芳杂环新结构的纤维。图1给出了F一12纤维和Kevlar纤维的分子结构对比图。·1180·复合材料·创新与可持续发展≮}K≯戒h吣一L‘一‘一L0‘一00‘一oop-0～■00◆o≮op一=～■妒q莹吐气pn一疆‘气，n，以‘，L0L‘，t，o0重复单元Kevlar纤维分

5、子结构图1F一12纤维和Kevlar纤维分子结构对比图图l显示：F一12纤维聚合物分子重复单元中，增加了比Kevlar纤维刚性更大的双环结构，相对地减少了长链中酰胺键的含量，有利于纤维强度的提高；同时芳杂环的加入在一定程度上破坏了纤维分子链的规整性，使其结晶度低于Kevlar纤维，有利于纤维取向度的增加，在最大程度上形成接近于轴向一维有序的结构；芳杂环的存在也增加了纤维分子间形成氢键的可能性，从而提高了纤维分子问的作用力，所有这些均使得F一12纤维会有更高的强度。2．2F一12纤维的性能近年来46所在F一12纤维聚合物分子结构控制技术、Schotten—Baumann反

6、应控制技术、F—12纤维聚合溶液直接纺丝技术、F一12纤维特殊热干燥及热牵伸技术以及F一12纤维性能稳定性控制技术等方面取得了突破性的研究进展，同时通过初生纤维凝固体系、纺丝工艺、热处理等条件对F一12新结构聚合物纤维性能影响的研究和改进，使纤维纺丝过程得到进一步完善，纺丝工艺稳定性和纤维性能水平都得到提高。表1给出了2009年3吨中试线F一12纤维的性能数据。表1显示，46所研制的F一12纤维具有高强度、高模量，同时离散系数也较低，说明纤维性能及稳定性都很好。表1F一12纤维性能数据图2给出了F一12纤维的扫描电镜照片和微米CT照片。扫描电镜照片显示，F一12纤维表面

7、状态良好；而x一光透视的微米CT照片则显示F一12纤维内部没有明显缺陷。@复合材料应用及产业化·1181·(a)SEM照片(b)微米CT照片图2F一12纤维SEM照片和微米cT照片图3给出了F一12纤维的x射线衍射图，由XRD图来看，曲线为弥散的“隆峰”，表明纤维内部结晶度较低同时存在非结晶态。同时，46所用声速取向仪进行了F—12纤维取向特性的研究，F一12纤维有较高的取向因子，表明F一12纤维取向很好。表2给出了F—12纤维与其他芳纶纤维的性能比较。表2显示，虽然F一12纤维的密度和Armos一600、国产芳纶Ⅱ、进口Kevlar一4