破解上色难题，锻造轻盈铠甲：芳纶纤维的进阶之路

当使用聚磷酸处理间位芳纶时，纤维表面被蚀刻，含氧基团增加，活性增强，结构保持不变；纤维发生溶胀，晶体结构未受损，结晶度略有降低，热性能保持不变。然后，使用自制载体EA-1对改性后的间位芳纶纤维进行阳离子染料染色。织物的染料吸收率和表观显色率显著提高，间位芳纶纤维对染料的吸附能力也得到增强。

王继业等人采用退浆酶对间位芳纶织物进行预染色。与氢氧化钠处理工艺相比，使用退浆酶可以提高间位芳纶织物染色后的色牢度和染色效果，且织物受力损伤较小，适用于间位芳纶织物的预染色工艺。

郭亚飞等人采用臭氧等离子体对芳纶织物进行预处理。芳纶纤维表面变得粗糙，并引入了大量活性基团，但纤维的染色性能并未得到有效提升。芳纶纤维在树脂中的分散性显著改善，在水性树脂中分布均匀，纤维与树脂之间的结合强度也得到提高。因此，采用水性树脂对预处理后的芳纶织物进行改性，再用分散染料染色，芳纶织物的染率可达98.6%，耐摩擦色牢度为4～5级。然而，预处理后纤维表面被蚀刻，纤维强度大幅下降，阻燃性能也随之降低。

溶剂染色

赵川等人采用分散染料和自制载体，在150℃、45MPa的超临界状态下输送二氧化碳流体对间位芳纶纱线进行染色。纱线的色牢度均达到3级至4级以上，线强度略有提高，K/S值显著改善。

对位芳纶纤维的染色

霍谦等人采用自制助剂50g/L，在 140℃ 下，浴比为 1:20，使用 4% (omf) 阳离子染料，添加 10g/LOP-10、20g/LNaNO3，pH 值为 5，染色时间为 60 分钟，对位芳纶纤维织物进行染色，对位芳纶织物的 K/S 值显著提高，耐皂洗色牢度达到 4 至 5 级以上。

何朝伟等人采用30g/L化学载体助剂A，在140℃染色温度、pH 3-4的条件下，用阳离子染料对对位芳纶进行染色，保温60分钟，以获得最佳K/S值。其中，NaCl对染色后对位芳纶纤维的色深值影响甚微。

林艳萍采用等离子体处理对位芳纶纤维。纤维的结晶度降低，非晶区面积增加，分子结构未发生变化，力学性能略有下降，纤维摩擦力增加，染色性能得到改善。

芳纶织物的印花

刘帆等人合成了一种氨基硅油改性丙烯酸酯，其平均粒径为91.79 nm，表面张力为29.47 mN/m，玻璃化转变温度为10.5℃，水接触角为50°，50%质量损失热分解温度为403.83℃。该酯类粘合剂的凝胶率为2.52%，转化率为92.33%。采用30%质量分数的粘合剂在芳纶织物上进行颜料印花，印花效果良好。图案颜色具有较高的表观色深值、鲜艳度和饱和度，湿摩擦色牢度为4级，干摩擦色牢度为4级至5级，且织物手感柔软。

本文采用自制新型载体作为阳离子染料在间位芳纶织物（织物克重150g/m²）上印花的促进剂。传统的芳纶染色载体大多有毒或气味刺鼻，且难溶于水。用于印花时，染料和浆料容易分离渗色，导致印花图案轮廓模糊。霍谦等人采用了一种新型载体。这种自制载体与水完全混溶，不仅能提高印花图案轮廓的清晰度，印制出色彩鲜艳的图案，而且具有优异的增色效果。具体操作为：以3:7的比例混合海藻酸钠糊和自制羧甲基蜡质玉米淀粉糊，制成印花浆；加入1%的阳离子染料、2%的自制新型载体和5%的N-甲基吡咯烷酮，调节pH值至5-6，即可得到印花浆。在氨纶面料上印花后，先在80℃下烘干10分钟，再在110℃下蒸汽烘干20分钟，然后用冷水洗涤，再加入2g/L皂化剂和1g/L碳酸，在100℃下用钠皂化5分钟，最后洗涤并烘干。印花面料的干摩擦色牢度为4级，湿摩擦色牢度为3～4级，耐水洗色牢度为4级及以上。

张帅等人采用海藻酸钠和羧甲基蜡质玉米淀粉的混合物制备印花浆。他们添加了2%的分散染料、1%的促进剂、4%的增溶剂和2%的防染盐S。在pH值为9的条件下，对芳纶织物进行印花。印花后，在110℃下蒸煮20分钟。印花后，图案轮廓清晰，耐日光牢度良好，耐干摩擦牢度良好，耐皂洗色牢度良好，对棉、尼龙、腈纶和羊毛的染色性能良好，但对醋酸纤维和涤纶的染色性能较差，耐湿摩擦牢度较差。

芳纶纤维的应用

金属化应用

尽管芳纶纤维在许多性能上优于金属纤维，但由于其极强的绝缘性（即导电性差），其在航空航天电缆、电磁屏蔽和超级电容器等特殊领域的应用受到限制。因此，芳纶纤维的金属化研究近年来一直是研发热点。金属化芳纶纤维首先需要活化和改性纤维表面以提高其润湿性，然后浸入化学电镀液（例如银溶液）中以诱导沉积，从而实现纤维的金属化。此外，还可以先对芳纶纤维进行脱脂处理，然后将其置于含有硝酸银的N-甲基吡咯烷酮（NMP）溶液中，再进行超声溶胀，从而将银纳米颗粒成功引入纤维表面，实现芳纶纤维的金属化。

在体育运动中的应用

在防护装备、运动器材以及运动员使用的部分运动器材的生产中，需要尽可能轻便、低密度，同时还要具备良好的延展性和耐用性。芳纶纤维因其轻质、优异的性能和美观的外观而被广泛应用，能够为用户带来更舒适的运动体验，并取得更好的竞技成绩。例如，原本由橡胶和木材制成的网球拍和乒乓球拍，可以用芳纶纤维及其复合材料替代，从而显著提升控球效果、回弹效果和球拍强度等。芳纶纤维具有较高的比强度和比模量，而芳纶纤维复合材料则具有最高的比强度和中等的比模量。采用芳纶纤维的运动器材，例如滑雪、赛车等冲击力大、速度快的运动，其防护装备能够有效保护运动员在训练和比赛中的安全。芳纶纤维及其复合材料的减震和吸震效果优于金属材料。对于需要减震性能的运动器材，添加芳纶纤维可以提升运动员的竞技表现。例如，聚酯纤维球拍比普通碳纤维球拍具有更好的吸震和吸能效果，并且抗冲击性更强。芳纶纤维具有良好的耐磨性、高强度、极高的稳定性，且易于加工成型。它能够提高材料的安全性和环保性，是一种可以替代石棉纤维的材料。

柔性防刺材料和防弹材料的应用

柔性防穿刺材料需要具备抗拉伸和抗剪切性能，其中抗剪切性能更为重要。基于芳纶无纬织物的柔性防穿刺材料需要使用粘合剂进行正交层压，以充分固定纤维并防止纤维滑移。同时，固化的粘合剂可以减小刀尖的穿透深度，但其胶体改性剂会降低材料的柔软度。芳纶无纺布中的芳纶纤维排列不规则，结构更致密，对尖锐物体具有更好的抗穿刺性能。然而，其纤维内部结构相对疏松，纤维间的内聚力较差。因此，作为一种单独的防穿刺材料，其防切割效果并不理想。芳纶机织物的结构相对紧密交织，可以有效防止刀具的穿透。但是，如果经纬纱被切断，裂纹的突然扩大会大大降低其抗穿刺性能。芳纶针织物被用作防刺材料的基材。当刀具刺入时，滑动的线圈会带动周围的线圈滑动并收紧，收紧的线圈数量逐渐增加，线圈间的摩擦力也逐渐增大，从而有效阻止刀具刺入。在刀具插入和线圈收紧的过程中，线圈会吸收能量。当线圈无法收紧时，针织物会“自锁”以防止刺穿。研究还发现，罗纹组织的抗穿刺性能优于纬纱组织，且置于顶层的罗纹组织具有最佳的抗穿刺性能。

艾庆松等人采用不同的芳纶织物和无纬织物，通过实弹射击试验测试其防弹性能。他们发现芳纶织物和芳纶纤维无纬织物均能防弹，但织物的防弹效果更佳。建议采用面密度为200g/m²、厚度为0.3mm的平纹织物与四层芳纶纤维无纬织物构成的防弹结构，其防弹性能最佳地达到NIJ IIIA标准，且柔软度好，适合穿着舒适。

航空航天应用

据报道，日本帝人公司开发的对位芳纶“Technora”已被用于美国无人火星探测器的降落伞吊索（用于着陆）和升力装置。中国吴云齐齐格等人研究的3233树脂芳纶纤维织物复合材料采用蜂窝夹层结构，可直接与环氧树脂预浸料形成凝胶瘤。其力学性能满足工程材料要求，玻璃化转变温度为150℃，具有良好的阻燃性和优异的介电性能，已被应用于航空复合材料。段立辉等人对芳纶材料制成的飞机尾翼进行了鸟击试验，发现撞击后，芳纶夹层前缘结构的前梁未受损，但前缘出现凹陷，使其具有更强的抗鸟击能力。芳纶层胶合板前缘结构的前梁和前梁腹板受损，前缘开裂，前缘蒙皮严重变形，这增加了飞机在鸟击后的维护成本。

其他应用

在普通非金属光缆的应用市场中，芳纶1414采用高强度、高模量的细分支芳纶纤维，是光纤导向领域（外径仅为0.32mm~0.40mm）的最佳选择。芳纶纤维还可用于制备超高强度的芳纶III纤维，用作高强度带材。毛成东研究了其设计和生产工艺。此外，由于其优异的耐腐蚀性和化学性能，芳纶纤维还可用作液固分离过滤材料，例如芳纶织物、非织造材料、芳纶纳米纤维材料和复合材料。气固分离过滤材料也可用作气凝胶材料。具有良好机械强度、高比表面积和低导热系数的芳纶纳米纤维气凝胶材料可用作高端隔热片材或织物。

芳纶纤维的前景

芳纶纤维性能优异，是国家重点战略材料之一。虽然我们已突破诸多研究瓶颈，但目前的生产技术能力与帝人、杜邦等公司仍有较大差距。因此，芳纶纤维材料的研发仍需进一步深入。我们可以通过引进和学习新技术来提升芳纶纤维的研究水平。同时，我们也可以通过自主创新和自主研究来推进芳纶纤维的研发，深化芳纶纤维的研究。

转载自-复材在线公众号