????????警用裝備網(wǎng)訊：?芳綸是由芳香族聚酰胺樹脂紡成的纖維，1972年首先由美國(guó)杜邦公司研制成功，隨后俄羅斯、荷蘭、日本及我國(guó)都研制出具有抗彈性能的高性能芳綸纖維。

　　我國(guó)將芳綸纖維劃分為：

　　·芳綸Ⅰ，也稱芳綸14，指聚對(duì)苯甲酰胺（PBA）纖維；

　　·芳綸Ⅱ，也稱芳綸1414，指聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺（PPTA）纖維；

　　·芳綸Ⅲ，也稱雜環(huán)芳綸，指雜環(huán)芳香族聚酰胺纖維。

　　今天我們重點(diǎn)介紹芳綸Ⅲ。

　　與芳綸Ⅱ相比，芳綸Ⅲ的分子結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、力學(xué)性能更優(yōu)異。芳綸Ⅲ是一種具有雜環(huán)結(jié)構(gòu)的三元共聚對(duì)位芳香族聚酰胺纖維,由對(duì)苯二胺、對(duì)苯二甲酰氯、含有雜環(huán)結(jié)構(gòu)的二胺等三種單體共縮聚而成，故稱芳綸Ⅲ，也稱雜環(huán)芳綸。芳綸Ⅲ的雜環(huán)結(jié)構(gòu)使其具有超高強(qiáng)度和超高模量，并且在耐高溫、耐沖擊、耐磨損、透波等方面均具有優(yōu)異性能，而且也更有利于纖維與樹脂的復(fù)合，從而綜合抗彈性能更優(yōu)異。另外，芳綸Ⅲ還克服了芳綸Ⅱ、PBO纖維的耐紫外性能較差等缺點(diǎn)，可以說(shuō)芳綸Ⅲ是當(dāng)今世界上已批產(chǎn)的綜合性能最好的有機(jī)纖維。

　　一、 應(yīng)用領(lǐng)域

　　芳綸Ⅲ作為一種綜合性能最好的輕質(zhì)高強(qiáng)材料之一,集優(yōu)越的抗彈性、輕量化、隱身和結(jié)構(gòu)于一體,廣泛應(yīng)用于我國(guó)新一代武器裝備的研發(fā)和生產(chǎn)中,滿足戰(zhàn)略武器、航天航空、高端防彈、船舶航海等領(lǐng)域的迫切需求,對(duì)增強(qiáng)我軍作戰(zhàn)能力、提高國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力有重要戰(zhàn)略意義。

　　1、航天航空

　　新型芳綸Ⅲ復(fù)合材料能適應(yīng)和滿足嚴(yán)酷的空間應(yīng)用條件和廣闊的設(shè)計(jì)范圍,是理想的現(xiàn)代宇航新型材料.在航空航天領(lǐng)域,芳綸Ⅲ增強(qiáng)復(fù)合材料以其質(zhì)輕而強(qiáng)度高的特性,可廣泛用于飛機(jī)、火箭等結(jié)構(gòu)材料。

　　在現(xiàn)代航天航空設(shè)備中,除安全性外,材料的減重效果被尤為關(guān)注,設(shè)備中每減輕1kg的質(zhì)量就能降低100萬(wàn)美元的成本.因此,芳綸Ⅲ復(fù)合材料因高比強(qiáng)度、高比模量、耐疲勞性、低密度等優(yōu)異性能,以及獨(dú)特的材料可設(shè)計(jì)性的優(yōu)勢(shì),在飛機(jī)、宇航以及火箭等結(jié)構(gòu)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用,從而使得自身質(zhì)量得以減輕,設(shè)備的有效負(fù)荷得以增加,節(jié)省了大量的動(dòng)力燃料。

　　目前,芳綸Ⅲ應(yīng)用于我國(guó)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體,較芳綸1414能大幅度提高容器特性系數(shù)(容器特性系數(shù)=PV/W,其中P是爆破壓強(qiáng),V 是殼體容積,W 是殼體質(zhì)量),減輕發(fā)動(dòng)機(jī)消極質(zhì)量,提高發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量比。

　　芳綸Ⅲ復(fù)合材料可用于飛機(jī)的殼體、起落架艙門、貨艙、內(nèi)部裝飾件及座椅等,減重效果較芳綸1414更加明顯. 另外,盡管在航天航空領(lǐng)域有來(lái)自碳纖維的強(qiáng)有力競(jìng)爭(zhēng),但芳綸Ⅲ的性能特點(diǎn)與碳纖維有著顯著的差異,它們分別適用于不同的應(yīng)用要求.碳纖維是脆性材料,抗沖擊力差、不耐磨、透波性能差,而芳綸Ⅲ及其復(fù)合材料具有抗張強(qiáng)度高、韌性好、耐疲勞、抗沖擊、透波、易加工等優(yōu)勢(shì)使其成為航天航空領(lǐng)域不可替代的關(guān)鍵材料.此外,芳綸Ⅲ還具有低介電常數(shù)、低介質(zhì)損耗因數(shù)、低熱膨脹系數(shù)等性能優(yōu)勢(shì),而這些性能優(yōu)勢(shì)非常有利于促進(jìn)芳綸Ⅲ作為結(jié)構(gòu)隱身復(fù)合材料在透波領(lǐng)域的功能化應(yīng)用.因此,芳綸Ⅲ是集突出的強(qiáng)度、優(yōu)異的介電性能、良好的耐熱性與耐環(huán)境性為一體,在航空航天、飛機(jī)的減重節(jié)能等領(lǐng)域被證實(shí)具有突出的應(yīng)用價(jià)值.

　　2、 防彈

　　芳綸Ⅲ防護(hù)材料在防彈性能及輕量化方面具有的突出優(yōu)勢(shì)，對(duì)提升軍警防護(hù)裝備的品質(zhì)具有重要而深遠(yuǎn)的意義。鑒于此，開展了芳綸Ⅲ的應(yīng)用研發(fā)工作，積累了大量的對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為芳綸Ⅲ在防護(hù)裝備領(lǐng)域的應(yīng)用做出了突出的貢獻(xiàn)，奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，并成功應(yīng)用于防護(hù)裝備中。

　　（一）芳綸Ⅲ軟質(zhì)防彈衣

　　設(shè)計(jì)高性能防彈衣時(shí)，必須綜合考慮防穿透和防鈍傷兩方面的功能，而防彈材料是決定防彈衣性能的關(guān)鍵因素，防彈材料的性能與纖維本身性能、織物結(jié)構(gòu)、樹脂基體種類以及產(chǎn)品的成型工藝都有很大的關(guān)系。

　　在減重方面，防彈衣芯片重量約１kg，比采用纖維制備的芳綸Ⅱ防彈衣輕33%，比采用各種不同品牌的纖維制得的防彈衣輕11%～43%，減重效果明顯；在輕薄程度方面，防彈衣2級(jí)防彈芯片厚度不足５mm，整體結(jié)構(gòu)輕薄隱蔽，是目前國(guó)內(nèi)同等級(jí)防彈衣中最薄的。

　　總之，國(guó)產(chǎn)芳綸Ⅲ軟質(zhì)防彈衣的研制成功對(duì)有效減輕了作戰(zhàn)人員的負(fù)擔(dān),提高機(jī)動(dòng)性、提高穿著率和戰(zhàn)斗力具有重要意義。

　?。ǘ┓季]Ⅲ防彈頭盔

　　防彈頭盔是指能夠吸收和耗散彈頭能量，阻止穿透、減輕鈍傷并有效保護(hù)人體頭部的裝備。受限于防彈材料的防彈性能和頭盔重量，目前國(guó)產(chǎn)防彈頭盔的防彈等級(jí)普遍只能達(dá)到防彈衣的2級(jí)水平。由于UHMWPE纖維復(fù)合黏結(jié)技術(shù)難度大，且在耐熱性、剛性等方面比芳綸頭盔稍遜一籌，目前在非金屬防彈頭盔市場(chǎng)上還無(wú)法取代芳綸頭盔的主導(dǎo)地位。芳綸Ⅲ防彈材料的研發(fā)成功，為提升防彈頭盔的防彈等級(jí)提供了契機(jī)。目前更高防彈等級(jí)的芳綸Ⅲ防彈頭盔已經(jīng)研發(fā)成功，其防彈性能好、重量輕、綜合防護(hù)性能高，較相同防彈性能的芳綸Ⅱ防彈頭盔減重20～30%。

　　隨著高性能纖維材料技術(shù)的不斷發(fā)展，防彈頭盔的性能也得到了不斷提升，防彈頭盔不僅要求有優(yōu)異的防彈性能和良好的佩戴舒適性，同時(shí)較小的變形可以避免對(duì)頭部形成非貫穿性鈍傷，輕型化更能夠有效提高戰(zhàn)爭(zhēng)中軍隊(duì)的快速反應(yīng)能力、戰(zhàn)斗力和防護(hù)能力，芳綸Ⅲ防彈頭盔的成功研制具有非常重要的意義。

　　（三）芳綸Ⅲ防彈裝甲

　　近十幾年來(lái),坦克車輛防護(hù)系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)是輕量化和材料的多功能化。芳綸Ⅲ防彈裝甲滿足裝甲輕量化的需求，能廣泛應(yīng)用于武裝直升機(jī)、武裝運(yùn)輸機(jī)、坦克、戰(zhàn)略導(dǎo)彈、步兵武器、艦艇的彈道倉(cāng)、指揮倉(cāng)等裝甲兵器，能有效提高車輛的機(jī)動(dòng)性能

　　3、船舶領(lǐng)域

　　芳綸Ⅲ在海洋船舶中應(yīng)用

　　芳綸Ⅲ作為新型功能結(jié)構(gòu)材料,具有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度和比剛度高、耐疲勞、耐蠕變性能、耐化學(xué)腐蝕、耐磨性能好、熱膨脹系數(shù)低以及透波性好等特點(diǎn),備受造船界的重視,尤其是在制造高質(zhì)量的船體結(jié)構(gòu)方面有著巨大的優(yōu)勢(shì):

　　①芳綸Ⅲ在船體輕量化材料上優(yōu)勢(shì)明顯,相較于芳綸1414,其強(qiáng)度更高,與樹脂浸潤(rùn)性更好,因此制造的復(fù)合材料能更大程度地降低船艇重量,在相同動(dòng)力下能獲得更高的有效載荷,并節(jié)約燃料、降低成本;

　　②芳綸Ⅲ具有低介電常數(shù),微波穿透性好等特征,能透過(guò)電磁波且?guī)缀醪桓淖冸姶挪ǖ男再|(zhì),非常適用于軍用艦艇隱身材料;

　?、?芳綸Ⅲ具有良好的耐候性、耐水性、耐腐蝕性,抗海生物附著,更適合在海洋環(huán)境中使用;

　　④較芳綸1414、碳纖維而言,芳綸Ⅲ能吸收更高能量,抗沖擊韌性好,故由其制造的船舶不易因碰撞、擠壓而損壞,同時(shí)還可以賦予船艇結(jié)構(gòu)防彈、阻燃、耐沖擊和耐損傷的性能,使船體能有效吸收振動(dòng)及承受連續(xù)沖擊的能力,保障船航行平穩(wěn)和安全。

　　因此,芳綸Ⅲ集強(qiáng)度高、耐磨、韌性好、耐高溫和低溫、耐海水和酸堿等性能優(yōu)點(diǎn)為一體,以其優(yōu)異的綜合性能成為現(xiàn)代造船業(yè)的理想材料.此外,芳綸Ⅲ還可用于深水水雷外殼、防彈裝甲、救生艇、高壓容器及螺旋槳制造等,能滿足艦船輕量化需求,對(duì)提高軍事水平,展現(xiàn)綜合國(guó)力,有著重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義。

　　4、兵器

　　現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)兵器的機(jī)動(dòng)性提出了越來(lái)越高的要求,芳綸Ⅲ增強(qiáng)復(fù)合材料兵器裝備化應(yīng)運(yùn)而生.作為新型材料,芳綸Ⅲ堅(jiān)韌耐磨、剛?cè)嵯酀?jì),具有極強(qiáng)的抗沖擊性能.相較于芳綸1414 和碳纖維,芳綸Ⅲ對(duì)兵器的防護(hù)性能及機(jī)動(dòng)性能有著更大的改觀,能將坦克、裝甲車和方艙的防護(hù)性能提高到一個(gè)嶄新的階段.例如,芳綸Ⅲ層壓板應(yīng)用在方艙上,能使方艙承受更大的超壓和防洞穿,可承受核爆炸產(chǎn)生的壓力波和熱輻射高溫,此外還可防化學(xué)和生化武器,防常規(guī)子彈和彈片等.因此,芳綸Ⅲ增強(qiáng)復(fù)合裝甲兵器,不僅能增強(qiáng)兵器的防護(hù)性能,而且減重效果明顯,能極大地增加兵器裝備的戰(zhàn)場(chǎng)機(jī)動(dòng)能力和快速作戰(zhàn)反應(yīng)能力。

　　5、 特種繩纜

　　芳綸Ⅲ及其復(fù)合材料是目前最好的繩纜材料之一,比其他高性能纖維如芳綸1414、超高相對(duì)分子質(zhì)量聚乙烯、碳纖維等更具優(yōu)勢(shì).因其具有強(qiáng)度大、耐腐蝕、耐磨損、密度小、彈性適中、質(zhì)地柔軟、使用方便等特點(diǎn),在光纜、高強(qiáng)繩索領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用.例如:芳綸Ⅲ對(duì)光纖(光纜)增強(qiáng)效果顯著,尤其適用于遠(yuǎn)距離、大張力光纖(光纜).此外,芳綸Ⅲ纜繩可代替鋼絲,用作深海固定繩、吊裝繩、拋錨繩和直升機(jī)的吊繩以及船舶系泊或拖帶時(shí)的柔韌繩索,其能極大地增強(qiáng)繩索的負(fù)載強(qiáng)度和耐用性。

　　二、 芳綸Ⅲ優(yōu)異性能

　　芳綸Ⅲ目前已廣泛應(yīng)用于各種武器裝備上,其對(duì)促進(jìn)武器裝備的輕量化、小型化、隱身化、增強(qiáng)防護(hù)性能起到了至關(guān)重要的作用,己發(fā)展成為現(xiàn)代國(guó)防軍工關(guān)鍵性的支撐材料.而芳綸Ⅲ是集結(jié)構(gòu)承載和功能于一身的高性能特種材料,自身具有輕質(zhì)高強(qiáng)、抗沖擊、耐高溫、柔韌、耐磨等優(yōu)異性能。

　　1、 力學(xué)性能

　　芳綸Ⅲ力學(xué)性能居批產(chǎn)有機(jī)纖維之首.中藍(lán)晨光芳綸Ⅲ的抗拉強(qiáng)度范圍為4 400~5 500 MPa,比芳綸1414高出30%~50%,超過(guò)高強(qiáng)型碳纖維T700水平;動(dòng)態(tài)模量的范圍是150~180 GPa,僅次于鋼絲和碳纖維;密度僅為1.43~1.45 g/cm3,屬輕質(zhì)高強(qiáng)材料,其復(fù)合材料減重效果明顯。

　　1.2 耐熱和耐熱老化性

　　芳綸Ⅲ具有突出的耐熱性和耐熱老化性,在氮?dú)猸h(huán)境中溫度達(dá)到538 ℃或在空氣環(huán)境中溫度達(dá)到520 ℃時(shí)才會(huì)分解.當(dāng)芳綸Ⅲ被加熱到900 ℃時(shí)質(zhì)量殘余量還有58%,且只發(fā)生了碳化而不熔融,具有非常好的熱穩(wěn)定性.另外,芳綸Ⅲ產(chǎn)品比進(jìn)口芳綸1414(Kevlar、Twaron)具有更優(yōu)異的抗熱老化性能。

　　1.3 阻燃性

　　芳綸Ⅲ具有優(yōu)異的阻燃特性,其極限氧指數(shù)高達(dá)42%,因此當(dāng)它離開火焰時(shí)不會(huì)繼續(xù)燃燒.其抗燃性能好,不產(chǎn)生后燃燒,不幫助燃燒。

　　1.4 穩(wěn)定性

　　芳綸Ⅲ可以長(zhǎng)時(shí)間使用而不改變屬性,耐濕性好,具有良好的生物穩(wěn)定性.相比之下,普通芳綸的耐濕性較差,濕的芳綸會(huì)迅速失去其性能.如果將芳綸Ⅲ在熱水中放置一個(gè)月,其強(qiáng)度損失較小(強(qiáng)度保留率高于其他芳綸50%~70%).此外,芳綸Ⅲ尺寸穩(wěn)定性好,具有非常低的熱收縮率,當(dāng)在300~350 ℃使用時(shí),芳綸Ⅲ纖維幾乎沒有收縮,在400~450 ℃的溫度下使用時(shí)收縮不超過(guò)4%.同時(shí)芳綸Ⅲ具有非常高的熱穩(wěn)定性,在高溫下使用不會(huì)喪失其特性.

　　1.5 耐化學(xué)性

　　芳綸Ⅲ能耐絕大多數(shù)的化學(xué)物質(zhì),具有優(yōu)異的耐酸堿性,而且耐有機(jī)溶劑、漂白劑以及抗蟲蛀和霉變,對(duì)橡膠有良好的黏附性.例如,在高溫酸溶液處理后,芳綸Ⅲ的斷裂強(qiáng)度可以保持在處理前的80%以上,斷裂伸長(zhǎng)率可保持在處理前的90%以上;在高溫堿溶液處理后,芳綸Ⅲ的斷裂強(qiáng)度能保持在處理前的94.5%以上.因此在芳綸家族中,芳綸Ⅲ的耐高溫酸堿性為最優(yōu)。

　　1.6 表面浸潤(rùn)性

　　芳綸Ⅲ的表面浸潤(rùn)性優(yōu)于芳綸1414.由于其與水的接觸角較小,并且其表面存在不均勻的淺溝槽,能夠增加比表面積,當(dāng)樹脂基體潤(rùn)濕纖維,能滲入纖維表面溝槽中,與之形成機(jī)械鉚釘式的結(jié)合.因此,相較于芳綸1414,芳綸Ⅲ能形成更高的機(jī)械式結(jié)合力和更強(qiáng)的范德華力物理吸附作用,有利于增強(qiáng)纖維與樹脂間的界面結(jié)合力。

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