高性能芳香族聚酯液晶纤维有望提升阻燃防护

四川省纺织科学院、中国产业用纺织品协会 王桦 覃俊 孙蓓蓓

1963年，美国杜邦公司用低温溶液缩聚法合成全芳香聚酰胺，并制成阻燃纤维Nomex。1972年成功研制出以聚苯酰胺为基础的高强高模溶致性液晶纤维凯芙拉(Kevlar)，及此后其他聚芳酰胺纤维的工业化, 开创了液晶高分子实际应用的历史。但由于这种主链液晶聚合物不能模塑加工, 只能溶液纺丝或涂料, 促使人们的研究重点更多地放在不需要溶剂便可熔融加工的热致性液晶聚合物上。上世纪80年代美国Celanese公司成功地开发了芳香族聚酯液晶纤维，商品名Vectran。日本可乐丽公司引进该技术，实现了Vectran热致液晶纤维的工业化生产。

液晶高分子最主要的特点是在力场中容易发生分子链取向，使高分子链呈伸直的刚性链构象，并形成高度有序的微纤结构，且分子间存在较强的相互作用，从而赋予了液晶高分子材料很高的拉伸强度和模量。

我国对芳香族聚酯液晶纤维的研究早在上世纪90年代就已经开始，但一直没有较大进展。近几年东华大学和四川省纺织科学研究院等单位又重启研究，目前取得较大进展，不仅解决了纺丝难的问题，而且对于芳香族聚酯液晶纤维的后处理技术也取得了突破性进展，纤维性能达到Vectran纤维的指标，奠定了实现工业化生产基础。

Vectran纤维是一种类似芳香族聚酰胺的聚酯，用萘代替乙烯，萘是一种双环结构，故而重复建立了平面型分子，与普通的聚酯相比，强力、模量和热稳定性都有所增强，同时保持着聚酯较好的加工性、尺寸稳定性和极低的回潮率等优点。这样的分子结构也赋予其高强度、耐磨、耐化学品腐蚀的优异性能。

Vectran纤维可满足现在高科技对高强度、高模量、耐高温、耐辐射高技术等综合性能优良纤维的需求。因此，可将其应用在航空航天、抗低温、抗辐射织物、装甲防护、舰艇绳缆等国防、交通领域，以及高温过滤材料、电子绝缘材料、体育用品等军民两用领域。

比如，该纤维可用于现代军事防护装备，目前全球反恐形势的日益严峻，杜邦公司将其芳纶生产线扩充25%，开发了专用于防弹背心的“Kevlar Comfort XLT”新产品，可使最终产品的质量减轻25%，这对军队的装备现代化有重要意义。

还有目前我们极为关注的环保问题，现代交通运输设备如汽车、火车、飞机等的轻量化，可大大减重，节能化、环保化。例如中型飞机机体应用50%的纤维增强材料，由于质量可减轻20%，意味着一架飞机在10年间少排放2.7万吨CO2，若普通乘用车采用17%的纤维增强材料，就可使车体减轻30%，这样每辆车每年就可少排放5吨 CO2。

Vectran纤维与芳纶相比，具有很多优势，首先Vectran采用熔融纺丝，避免了芳纶的干湿法纺丝的诸多缺点。并且在耐化学腐蚀、耐老化、耐辐射、耐摩擦性能等方面均优于芳纶。Vectran不仅可替代芳纶在高强高模方面的应用外，还可在安全防护领域、轻质节能领域、耐高低温和耐辐射等严酷环境领域发挥更大作用，市场前景非常广阔。