芳纶纸--聚芳酰胺纤维纸报告

第一章芳纶纸概述

一、芳纶纸定义

芳纶纸（又名“聚芳酰胺纤维纸”），以芳纶短纤维和芳纶沉析纤维为造纸原料，斜网抄造湿法成型，再经热压成型制得。

二、芳纶纸的分类

芳纶纸根据用材不同，分为间位芳纶纸和对位芳纶纸。

1、间位芳纶纸：也称间位芳香族聚酰胺纸(简称芳纶纸)，是用纯间位芳纶(聚间苯二甲酰间苯二胺纤维)制成的一种特种纸，具有高强度、低变形、耐高温、耐化学腐蚀、阻燃和优良的电绝缘性能，广泛应用于国防、航空航天、高速列车、电工绝缘等领域，是一种关系国家安全的高科技新材料。

2、对位芳纶纸：是以对位芳纶短纤维（又称芳纶1414）和对位芳纶沉析纤维（芳纶浆粕）为原料，按造纸技术抄造成的纸，再经热压成型制得。

三、间位芳纶纸的特点

1、热稳定性

芳纶纸最重要的特性是长久热稳定性。其可在l 80℃下使用1 0 年以上，使用寿命高于工业用有机耐高温纸。在200℃干热状态下放置1 000h，力学强度仍保持原来的75％；在12O℃湿热状态下放置1 000 h，力学强度仍保持原来的6O％以上；在370℃以上分解出少量CO2、CO和N2气体。

2、阻燃性能

芳纶纸的极限氧指数(LOI)值≥28，是一种阻燃材料，不会在空气中燃烧、熔化或产生

熔滴，而只在极高的温度下(>370℃)才开始分解。

3、电绝缘性

芳纶纸具有优良的电绝缘性能，由于芳纶纸的热稳定性好，其在高温下仍保持良好的电气性能。芳纶纸具有较低的相对介电常数和介质损耗因数，可以使绝缘电场分布更均匀和运行介质损耗更小，是一种良好的环保型绝缘材料。

4、力学性能

芳纶纸是由高强度间位芳纶短切纤维制成的膜状材料，结构致密，表面平滑，柔韧性好，具有良好的抗张和抗撕裂性能。尺寸稳定性好，比强度高，是一种性能优越的非金属蜂窝结构原材料。

5、化学稳定性

芳纶纸的分子是由酰胺桥键互相连接的芳基所构成的线型大分子。在它的晶体中，氢键在两个平面内排列而成氢键的三维结构。由于较强的氢键作用，使之结构稳定，具有优良的耐化学性，能耐大多数高浓的无机酸，对其他大多数化学试剂和有机溶剂十分稳定。

6、耐辐射性

芳纶纸耐β、α和χ射线的辐射性能十分优异。例如在50 kV的χ射线辐射100 h，它的强度保持原来的73％，而此时的涤纶和锦纶产品已经变成粉末；在β射线辐射量积累到1 000 Mrad时，其强度仍基本保持不变。

四、芳纶纸抄造工艺图

五、芳纶纸制造的关键技术

芳纶纸制造过程的关键技术包括：分散流送技术、斜网成形技术、热压技术等。

1、分散流技术

芳纶纤维, 尤其是对位芳纶纤维对水的润湿性较差, 不利于其在水相中的分散。此外, 为得到高强度的纸基材料, 芳纶短纤维必须具有足够的长度,这将使纤维在水介质中易于絮聚缠绕, 并且由于比表面积较大的芳纶浆粕的加人, 更加剧了纤维在水相介质中的絮聚, 给材料抄造成型带来较大的困难。如何选择高效的分散助剂来降低纤维表面的疏水性, 并改善纤维在水相中的絮聚情况成为关键。

2、斜网成形技术

芳纶纤维纸基材料的纸页成形技术在芳纶纤维的纸页成形中, 为提高纤维之间接触界面面积, 使短切纤维之间的粘结强度增大, 加人原纤化的纤条体和浆粕, 这样将使纤维在水介质中的拥挤因子急剧增大, 进而导致纤维分散情况急剧恶化, 提高了纤维成形的难度。为保

证适合成形的拥挤因子, 必须将纤维的浓度降低到较低的程度, 水介质的流量非常巨大。传统的造纸成形技术已不能满足这一要求。因此, 必须采用一种新型的纸基材料成形技术—斜网成形技术。设计出适合该种纤维纸页成形的专用斜网成形器也成为要解决的一个关键问题。

3、热压成形技术

热压是通过高温加压, 提高结合力, 从而提高纸张的机械性能。热压条件必须控制在不会导致短纤维出现过度结晶。压力一般为9.6~9.8MPa, 热压温度为室温一320℃。可以根据需要调整温度和压力,对机械性能、电器绝缘性能要求高的纸张需要提高温度和加大压力得到较致密的结构, 如需浸溃树脂, 则选用较低温度和压力, 以得到疏松多孔的纸张结构。

六、主要原料对芳纶纸性能的影响

1、芳纶短切纤维：造纸用的短切纤维细度一般较纺织纤维为小。有关专利介绍制Nomex纸所用纤维细度为1~2D，并认为不宜超过8D，具有较大柔软性和可悬浮能力。也有专利提出不同细度的纤维混合抄纸可以起到很好的效果。

短切纤维的长度对造纸工艺的性能有很大影响。短切纤维不是愈长愈好。纤维过长，不易均匀分散在水中，制浆时容易絮聚，造出的纸匀度下降。纤维在某一适当长度时纸才具有最大抗张强度，纤维过长反而使纸的抗张强度显著降低。另外，纸的抗张强度不但与短切纤维长度有关，还与其细度有关。芳纶短切的长度一般为3~8mm，专利报道Nomex纸的短切纤维长度是6.3mm。

2、沉析纤维：影响芳纶纸抄纸性能和绝缘性能的关键所在，分丝帚化，增加比表面积，以获得纤维间良好的结合性能以及成纸匀度。需具备如下特性:

⑴能单独形成湿纸，其伏辊湿强应不低于0.002g/d，相当于裂断长18m，与植物纤维相似，因而可以在普通纸机上抄造。

⑵湿片烘干后，由于纤维互相交错缠绕而使纸张具有不低于湿强的干强，一般应大于

0.005g/d, 相当于裂断长45m, 使之成为可用的纸张。

⑶具有很大的比表面积，约2~60m2/g，因而具有高度容水能力，在39g/cm2的压力下，每克干料中能保留2g以上的水，使纤维能够悬浮成浆，其叩解度约为40~80o SR。

⑷能与短切纤维互容，形成良好的悬浮液，在纸机上成形，并相互缠结，具有不低于无短切纤维的湿强和更高的干强。

⑸具有一定的粘流温度。在该温度下，纤维表面发生粘熔，可在压力作用下互相粘结，而又保持纤维的原有形态，“自粘”成强度更大的纸张。

⑹使纸具有适当的大小的柔顺性。沉析纤维具有类似于植物纸浆的外形，呈帚条或带片状，横向径长不大于15D，纵向径长约为横向的500倍以上。用筛分法计，在10目网上应留存10% 以下，在200目网上应留存90%以上。

七、芳纶纸的应用

1、绝缘材料：变压器中线圈、绕组层间绝缘材料，绝缘套、部件间、导线及接头用绝缘材料；电机和发电机中线圈绕组、槽间、相间、匝间、线路终端绝缘材料；电缆和导线绝缘、核动力设备的绝缘材料等，代表产品有干式变压器、机车牵引电机、矿山井下电机、微波炉变压器等。

2、用于制作蜂窝芯材：制作成芳纶纸蜂窝芯材结构，具有质量轻、耐冲击、强度高、耐老化等特点，主要用于飞机、导弹、卫星宽频透波材料、大刚性次受力结构部件（机翼、整流罩、机舱内衬板、飞机的门、地板、货舱和隔墙）。

八、芳纶纸市场前景

传统的以植物纤维为原料的各种绝缘纸如快巴纸、牛皮纸等，最大缺点是耐热性差，其最大耐温极限为105℃。当绝缘纸处在高温环境中时，纤维素分子链会逐渐断裂降解，从而使绝缘纸的机械强度急剧下降；吸湿性大，水分不易排出，极易受潮，影响绝缘性能；介质损耗角正切值大，容易老化，满足不了电工设备耐高电压、大容量、耐高温和耐环境因素影响的要求。同时，植物纤维造纸要消耗大量的木材、棉花和麻等。矿物纤维造纸因在开采和造纸过程中粉尘大，对操作工人的健康有影响已停止使用，有的矿物纤维在造纸时需添加胶黏剂，

使用不普遍。长期以来，我国电机工业以云母等为主要绝缘材料，由于云母等材料的耐热性能差，绝缘层厚度大，因此制成的电机功率较小，体积较大，并且大部分电机是E级和B级绝缘(长期工作温度分别为120℃和130℃) 。若要制造F级或H级电机(长期工作温度分别为155℃和180℃)，则由于采用的云母纸厚度较大，机械强度差，所制成的电机体积较大，功率还是较小，电机的可靠性较差。

芳纶纸具备耐高温、绝缘性好、优秀的机械强度和电气性能，成功应用在电机，变压器，电容器等电气设备上。变压器是使用芳纶绝缘纸最多的领域，江苏中电电气集团间位芳纶纸系列变压器已在神州五号载人航天工程、长江三峡工程等国家重点工程上得以成功应用，并以绿色环保、安全可靠、结构紧凑、安装维护方便等优势，一举中标北京奥运4大工程项目。我国的铁路电气化以及城市地铁、轻轨的建设步伐正在加快，对包括大功率牵引变压器、机载变压器在内的高速列车的相关设备提出了更高的要求，都要采用间位芳纶纸绝缘系统的变压器，市场前景广阔。

第二章芳纶浆粕概念、性能特点及生产工艺

一、浆粕的概念

芳纶浆粕是芳酰胺纤维的一个差别化品种，是一种耐高温、具有高度分散性的原纤化产品，外观类似木材纸浆纤维，有丰富的绒毛纤和一定的长度分布。芳纶浆粕化学结构与芳纶相同，它保留了芳纶的绝大部分的性能，如耐热性、尺寸稳定性。由于其成型工艺独特性又使其具有一些区别芳纶长纤维的性质。

二、生产工艺

芳纶浆粕的市场主要为对位芳纶浆粕，间位芳纶浆粕与间位芳纶超短纤维混合打成纸浆，制

得高强度、耐高温的工业用纸。间位芳纶浆粕没有单独成为商品，由于技术保密，Nomex浆粕及

其纸张的制备等相关报告非常少，这里主要介绍对位芳纶浆粕生产工艺。

1、液晶纺丝切割法

液晶纺丝切割法是工业化生产对位芳纶浆粕的方法，利用对位芳纶容易产生纵向原纤化的现象，把对位芳纶长丝切断后，在水中分散进行机械叩解和研磨，纤维被撕裂而原纤化，是其表面产生微纤状毛羽而形成高度纤化对位芳纶浆粕。

该工艺中纺丝溶剂浓硫酸对设备腐蚀严重。且由于对位芳纶是高强高模纤维需要特殊切割设备，

加工工艺复杂，成本较高。

工艺流程图如下：

2、直接法

利用对位芳纶低温溶液缩聚时，在外力场作用下，刚直大分子链沿作用力取向，并生长堆砌结晶，聚集成微原纤结构，直接沉桁、中和、叩解生成对位芳纶浆粕。这种成型方法，大大缩短了浆粕制造工艺流程。工艺流程图如下：

三、性能特点

芳纶浆粕的密度为1.41~1.42g/cm3,比对位芳纶长纤维略小, 表面呈毛绒状微纤丛生, 毛羽丰富, 粗糙如木材浆粕, 纤维轴向尾端原纤化成针尖状, 这使其表面积巨大。综合起来, 芳纶浆粕纤维性能如下:

1、高强高模、质轻。比强度, 是石棉的2~9倍，E-玻璃纤维的2倍多、钢丝的5倍、且比碳纤维高40左右，比模量也超过玻纤、钢、铝, 与碳纤相近。

2、抗蠕变性能突出。与其他粘弹性合成纤维相比, 它的蛹变伸长很小, 蠕变性能基本与玻纤相同。如kevlar纤维即使承受90%的极限应力, 其蠕变量仍保持初值不变。

3、与碳纤、玻纤、石棉纤维比, 具有韧性好、抗冲击、耐疲劳、阻尼振动性能好等特点。特别是其摩擦性能极好, 摩阻大、磨耗小、工作温度下摩擦系数稳定, 且不会象玻纤那样对接触面产生严重磨损。

4、热性能好。对位芳纶纤维不熔融、具有自熄性, 极限氧指数为29%。连续使用温度范围为—195~204℃, 超过427℃开始分解, 低温下无脆化趋势, 在一70℃时性能仍保持不变, 且热膨胀系数稍为负值。这对于高性能复合材料的尺寸稳定性相当重要。

5、优良的耐化学试剂性。除了少数几种强酸、强碱外, 对位芳纶纤维对其他化学试剂都很稳定,在pH=2~10的范围内, 其强度几乎不受损伤。湿度对其性能的影响也很小。尽管纤维对紫外线敏感, 但加人紫外线稳定剂或颜料, 可使其强度损失大大降低。

6、毒性试验表明，对位芳纶纤维不会产生对用户造成值得注意的健康危害。它在温度高达400℃时仍无NH3、H2S和HCN产生，在800℃时才可测得有φ=1%的HCN，φ=13%的CO和φ=15%的CO2产生。

四、芳纶浆粕的应用

1、造纸

芳纶浆粕纤维兼有优异的湿加工性能和增强性能而被广泛用于工业造纸。浆粕在水中容易分散造纸，且浆粕原纤的高长径比提供了芳纶浆粕强度，除了能够改进弹性基体的抗拉强度、模量以及抗蠕变等性能外，由于其热膨胀系数小，质轻、电性能优而适合做高级绝缘用纸及尺寸稳定性极高的印刷集成电路板。

现代电子元件具有体积小、传播速度快、可靠性高，原有的玻璃纤维／环氧树脂板巳不能满足先进电子系统对高玻璃化转变温度、低介质损耗、稳定性线性膨胀系数等性能的要求。对位芳纶材料通过非织布工艺或造纸的方法，生产印刷电路基板大量应用在轻量化、高密度电子元件。IT行业用高性能印刷线路板小型化使对位芳纶纸基板的尺寸比普通玻璃布基板可小l／2以上，质量轻20％～25％，特别适合手机上印刷线路板。

芳纶纸在250℃时其绝缘强度保持率95％，耐高温H级绝缘纸，在电器工业广泛用于电机线圈和变压器等。芳纶纸加工成复合材料蜂窝芯材，应用于航空航天领域。

2、石棉纤维替代品

随着欧美等地区禁止使用石棉的环境保护运动兴起，芳纶浆粕得到迅速发展。作为石棉的理想替代纤维而与玻璃纤维及碳纤维竞争，用于密封材料、塑料增强、摩擦材料等领域。杜邦公司认为芳纶浆粕的高抗拉性能、轻量化、长期耐磨耗性及稳定的摩擦性能，高耐热性，适合摩擦材料对增强材料的要求，而且加工性能良好，是石棉纤维理想的替代品。芳纶浆粕已在制动器衬片、汽车离合器及刹车片等摩擦材料得到应用。帝人公司生产的芳纶(Twaron)浆粕，作为替代石棉材料2006年起用量增加了20％。

3、橡胶制品

芳纶浆粕与橡胶复合，可以将橡胶的弹性与纤维的强度有机的结合，得到一种新的工程材料。即可用于制造形状和结构复杂的工程部件，又可以采用橡胶工业的挤出和传递模压工艺。主要橡胶制品有①芳纶浆粕与橡胶复合物直接挤出橡胶软管。②密封件，芳纶浆粕的加入，显著改善橡胶基质的尺寸稳定性、耐温、耐压和抗蠕变性能，从而提高密封件的密封性能和延长使用寿命。③轮胎，芳纶浆粕的加入改善车胎的抗撕裂性，降低裂纹扩展速率和疲劳生热量，提高耐磨性，延长使用寿命。④导弹和火箭耐烧蚀性绝缘材料，芳纶浆粕具有不溶、高温下炭化的性能，可提高橡胶基质的烧蚀性能。

4、触变剂

芳纶浆粕在低剪切力作用下具有优异的增稠效果，在高剪切力作用下几乎和没有加入浆粕的树脂的粘度相近，并且在很宽的温度范围内都具有这种流变性质，同时还提供基体很好的增强效果，作为触变剂和增强剂应用于密封剂、胶粘剂及涂料等。

第三章芳纶纸蜂窝

一、芳纶纸蜂窝的定义

芳纶纸蜂窝是以芳纶纸为主要原料，依据仿生学原理制作出结构及外形与蜂窝的巢穴相似的一种非金属复合材料，由于具有一系列优良性能而成为飞机复合材料夹层结构的首选芯材。制作过程包括涂胶条、叠合、蜂窝叠块的压制固化、切割、拉伸与浸胶等一系列复杂工艺，由制造的原料不同，分为间位芳纶蜂窝芯材和对位芳纶蜂窝芯材。

二、芳纶纸蜂窝制作过程

三、间位芳纶纸蜂窝的特点

以前的蜂窝结构芯材主要以玻璃布或铝为原料，由于芳纶纸具有优异的特性，使之在航空航天技术中得到广泛应用，进而部分取代了玻璃布或铝材蜂窝结构芯材。芳纶纸蜂窝特点如下：

1、容重轻。Nomex蜂窝容重最低达25 kg。

2、比强度、比刚度高。在相同容重下, 其压缩强度和剪切强度与玻璃布蜂窝相当, 稍低于铝蜂窝。但在抗冲击性能和抗疲劳性能方面都明显地优于后者, 有着独特的吸收振裁能量的特性。

3、良好的自熄性能。该材料比一般高聚物难于点燃, 而且一经离开火源后, 能立即自行熄灭。浸渍阻燃性树脂的Nomex 蜂窝芯材,其自熄性能更佳。

4、优良的化学惰性能。经受一般浓度的酸、碱盐溶液的作用, 而不变质；在湿热环境下, 不出现霉变现象; 在耐海水腐蚀方而,优于铝蜂窝; 在耐老化和耐雨蚀性能方面, 却优于玻璃布蜂窝。

5、优异的绝缘性能Nomex 蜂窝芯材对声、热、电等有很好的绝缘作用, 是隔音、隔热、电绝缘和透过电磁波的良好材料。

6、良好的成型性和机加工性能。Nomex蜂窝有良好的粘接性能和成型性能, 各种类型的高强

度粘接剂都能适用。制品可用常规机械加工方法进行, 加工精度高, 适用于成型尺寸精度高的制品。

7、耐温性能随浸渍树脂类型而异。通常酚醛型Nomex 蜂窝的耐温性可达160℃; 聚酯型No mex 蜂窝的耐温性达80℃; 聚酰亚胺型Nomex 蜂窝的耐温性可达200℃。

间位芳纶蜂窝的不足之处：刚性低于铝蜂窝和玻璃布蜂窝。

四、芳纶纸蜂窝的应用

由于对位芳纶纸蜂窝具有易吸湿的特点，限制了其应用发展，所以目前在航空、航天等各个领域中应用最广泛、使用量最大的蜂窝芯材为间位芳纶纸窝蜂：

1、与玻璃钢、碳纤维、有机纤维和铝薄板等复合成的蜂窝夹层材料, 国外在运输机、客机和直升机上有着广泛的应用。如法国“海豚”直升机, 由于大面积采用这类夹层材料, 因此极大地减轻了飞机的重量, 机身总重仅为2 吨。在飞机上的使用部位如下: 主受力构件, 如尾梁、尾翼、雷达罩、座舱顶棚、旋翼、襟翼、地板等。

次受力构件, 如内壁板、雷达天线、副油箱、舱门、容器等。

2、芳纶纸蜂窝不受海水腐蚀, 又不受湿热环境的霉菌作用, 因此, 在船舶上广泛用作壁板材料, 以减轻重量。此外, 该蜂窝芯材具有良好的吸收振动能量的特性, 国外也已用作空投时的缓冲包装材料。

五、芳纶纸窝蜂主要生产厂家

六、各公司介绍

1、宜昌和达得复合材料股份有限公司

第四章主要市场信息一、芳纶纸主要生厂家

二、全球间位芳纶纸市场情况

全球间位芳纶绝缘纸需求量以20%以上速度递增，国内以30%以上速度递增，预测到2012年国内间位芳纶绝缘纸市场需求量将达4000吨，成为全球最大间位芳纶纸市场，情况如下表：

资料来源：《加快间位芳纶纸国产化建设势在必行-中国纤检 2009（7）作者：山东省纤检局）

三、主要芳纶纸价格及产能