摘要：芳纶与碳纤维、超高相对分子质量聚乙烯纤维并称为世界上三大高性能纤维,约占世界化纤产量的 0. 5%,在航空航天、国防领域具有不可替代的地位,是重要的战略物资和高技术材料。

中国芳纶的研究与产业进展

芳纶与碳纤维、超高相对分子质量聚乙烯纤维并称为世界上三大高性能纤维,约占世界化纤产量的 0. 5%,在航空航天、国防领域具有不可替代的地位,是重要的战略物资和高技术材料。

一、全球芳纶发展历程

1.美国杜邦的突破（1960s-1970s）

Nomex（间位芳纶）：1963年研发，1967年商业化，具有耐高温特性，应用于防火服、航空航天隔热材料。

Kevlar（对位芳纶）：1970年推出，拉伸强度是钢丝的5-6倍，密度仅其五分之一，广泛用于防弹衣、轮胎增强等领域。后续开发了Kevlar-29、Kevlar-49等系列，满足不同机械性能需求。

2.苏联/俄罗斯的技术探索（1970s-2000s）

SVM与Armos：1973年推出半工业化杂环芳纶SVM，1978年开发三元共聚物Armos，但因合成工艺复杂、生产成本高，难以民用化竞争。

Terlon与Rusar系列：1980年代改进纺丝技术推出Terlon，1990年代干法湿纺生产Rusar，后续升级为高强度Rusar-S（拉伸强度6.4 GPa）和阻燃Rusar-O（限氧指数45）。

Rusar-NT：21世纪初开发四元共聚纤维，拉伸强度达7 GPa，模量200 GPa，代表俄罗斯杂环芳纶最高水平。

3.日本与欧洲的商业化推进（1970s-1990s）

Teijin（帝人）：1972年生产Conex（间位芳纶），1978年开发柔性Technora，2000年收购荷兰AkzoNobel的Twaron（对位芳纶）。

PBO纤维：1980年代美国研发，性能超越Kevlar，1994年日本东洋纺（Toyobo）实现商业化，被誉为“21世纪超级纤维”。

4.韩国与中国的追赶（2000s-2020s）

韩国：2006年Kolon推出Heraron，2009年晓星生产Alkex，成为新兴芳纶生产国。

中国：1985年自主突破芳纶1414化学组成，2004年泰和新材量产间位芳纶Tametar，2011年推出对位芳纶Taparan。2018年汉森等企业加入生产，逐步填补国内需求缺口。

二、中国芳纶产业

我国芳纶材料的系统性研究始于20世纪70年代，被列为国家战略性新材料重点攻关方向。1972年启动基础研究，1981年完成间位芳纶（芳纶1313）技术鉴定，1985年攻克对位芳纶（芳纶1414）关键技术，初步构建了从实验室到产业化的技术框架。2004年，泰和新材集团实现间位芳纶规模化量产，打破美日企业垄断，推动国内防护材料产业链自主化。2008年，河北硅谷化工建成千吨级对位芳纶“特威纶”生产线，填补高强纤维领域产能缺口。2011年，泰和新材推出对标国际标准的对位芳纶“泰普龙”，实现关键材料国产化突破，产品强度达4.2 GPa。2013年，中蓝晨光化工研究院完成千吨级芳纶Ⅱ项目验收，重点突破纤维界面改性技术，推动复合材料在航空航天领域的应用。

截至2023年，我国对位芳纶年产能突破20.0千吨，占全球总产能19%；间位芳纶产能达20.9千吨，全球占比升至30%。其中，泰和新材、中化国际等龙头企业通过工艺优化（如溶剂闭路循环系统）将生产成本降低35%，推动高端产品进口替代率提升至58%。2023年国内主要芳纶生产企业见下表。

三、芳纶纤维结构

芳纶纤维按分子结构大致分主要有四种，对聚对苯二甲酰对苯二胺( PPTA) 、间苯二甲酰间苯二胺( PMIA) 、含杂原子的杂环芳族聚酰胺纤维、邻位芳纶的全芳族聚酰胺纤维，被应用较多的是 PPTA和 PMIA。两种常见芳纶纤维的结构及合成方法及优势性能对比见下表。

四、芳纶纤维的合成

芳纶纤维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温溶液缩聚法。国内也有很多在低温溶液缩聚方法上进行改良的合成方法，例如孔海娟等，引入正己烷，增大对位芳纶的比表面积。芳纶主要合成方法见下表。

五、芳纶纤维的应用

芳纶化学结构不同,其性能不同,应用领域也存在较大差距。

间位芳纶的耐热分解温度为371 ℃ ,断裂强度为 3 ~ 5 cN/ dtex,拉伸模量为52~106 cN/ dtex,是全球公认的最佳绝缘材料,主要应用于环境保护领域,如高温过滤材料、高温烟气除尘;绝缘材料领域,如电气绝缘纸、阻燃装饰布;安全防护领域,如消防服、赛车服;增强材料领域,如高温传送带、橡胶增强等,缺点是对日光稳定性较差,难以染色。

对位芳纶的耐热分解温度为 500 ℃ ,断裂强度 17 ~ 24 cN/ dtex,拉伸模量529~706 cN/ dtex,主要应用于增强材料领域,如橡胶制品、光缆补强、高强度缆绳、轮胎等;防护材料领域,如防弹衣、防弹头盔等;复合材料领域,如航空航天材料等;摩擦材料领域,如刹车片等,缺点是吸湿性差、耐光性、耐紫外性能均较差。

芳纶纤维在防弹衣、电缆增强等领域大放异彩，而将其加工成芳纶纸后，更开辟了工程材料的维度跃升。通过湿法成型与热压工艺，芳纶短纤维与沉析纤维形成蜂窝状复合结构，不仅继承了原纤维的力学性能（抗拉强度达3.5 GPa，密度仅为钢材1/5），更通过材料形态的创新实现功能集成：在C919客机中，芳纶纸蜂窝芯材使舱门减重50%，而美国B-2隐身轰炸机则利用其透波特性突破雷达探测极限。中国科学家突破技术封锁，研发出第三代芳纶纸，不仅支撑了高铁降噪结构，更推动锂电池芳纶隔膜循环寿命突破5000次，标志着材料应用从单一性能强化向系统级解决方案的跨越。以下视频对芳纶纸进行了简单科普。

六、结语

芳纶的未来发展方向将多元化且充满挑战与机遇, 随着技术的不断进步和市场的不断拓展,芳纶必将在更多领域发挥重要作用, 为人类社会的发展贡献更多力量。

参考文献：

[1]芳纶产业圈.（2024年04月27号）.综述 | 中国芳纶的研究和产业进展.https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzg5Mzg2OTQ3Mg==&mid=2247636616&idx=3&sn=4d3df457269659ee3ebaec1dc4e58fd6&chksm=c12d2fddf992da448d08862b6a7ced6010b3374fe51f211fb9cbb757af615be11dc045184d66#rd

[2]张玮,刘姝瑞,张明宇,等.芳纶纤维的发展现状及应用[J].纺织科学与工程学报,2024,41(01):86-94.

[3]姚文,姚明宇.芳纶的生产和应用及专利申请进展[J].合成纤维工业,2024,47(03):74-78.

来源：材料技术