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F-3 芳 纶
分子结构及特点
F-3是对位芳杂环共聚酰胺纤维系列产品，俗称“芳纶Ⅲ”,其分子结构如图2. 1所示(其中R为一种芳杂环结构单元)。
F-3 是在聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA) 的分子主链上引入了杂环结构，使其具有比全对位芳 纶(芳纶1414或芳纶Ⅱ)更好的力学性能，同时杂环结构还有利于纤维与树脂的复合。
图2. 1 F-3分子结构
产品特点及应用
F-3因独特的分子结构和工艺技术而具有低密度、超高强度、超高模量、耐高温、抗冲击性好、 耐磨性好、透波性好等优良性能，是综合性能好的有机纤维之一，在飞机部件(螺旋桨、轮胎、机身、 主翼、尾翼等部位)、星载/机载/舰载雷达罩、卫星部件、防弹材料(高级防弹衣、防弹头盔、防弹护甲)、 仪器防舱、电力电信、输送材料、体育用品等领域有广泛应用。
F-3 产 品
1长丝
F-3长丝产品根据性能及应用分为F-318 、F-358 、F-368 等品种。图3.1为F-3产 品的牌号与性能对应关系图，表3.1列出了我公司生产的主要长丝规格。
图3.1 F-3 产品的牌号与性能对应关系
表3.1 F-3主要长丝规格
品名 | 规格 | 外观 | 推荐应用形式 |
F-358 | 250dtex/110f | 金黄色或亮棕色 | 机织物 |
1000dtex/320f | 金黄色 | 缠绕、机织物、UD | |
1500dtex/480f | 金黄色 | 缠绕、机织物、UD | |
6000dtex/1920f | 金黄色 | 缠绕、UD | |
F-368 | 230dtex/62f | 金黄色或亮棕色 | 机织物 |
230dtex/110f | 金黄色或亮棕色 | 机织物 | |
750dtex/330f | 金黄色 | 机织物、绳索 | |
1500dtex/660f | 金黄色 | 缠绕、机织物、UD | |
2000dtex/640f | 金黄色 | 缠绕、机织物、UD | |
3000dtex/960f | 金黄色 | 缠绕、机织物、UD | |
6000dtex/1920f | 金黄色 | 缠绕、UD | |
F-318 | 750dtex/330f | 金黄色 | 缠绕、机织物、UD |
1000dtex/320f | 金黄色 | 缠绕、机织物、UD | |
1500dtex/480f | 金黄色 | 缠绕、机织物、UD | |
1500dtex/660f | 金黄色 | 缠绕、织物、UD | |
2000dtex/640f | 金黄色 | 缠绕、织物、UD | |
3000dtex/960f | 金黄色 | 缠绕、UD | |
6000dtex/1920f | 金黄色 | 缠绕、UD |
注：除上表外还可根据用户需求，定制50-20000dtex的股纱、加捻纱和复合纱。
2织物
F-3 纤维具有良好的可织造性，可织造成多种规格织物。为方便用户，我司特推出几种成品织 物，主要规格型号见表3.2。
表3.2 F-3织物规格
织物类型 | F-3P60 | F-3P80 | F-3S90 | F-3P150 | F-3P200 |
纤维类型 | F-368/23tex | F-368/75tex | F-358/100tex | ||
结构 | 平纹 | 平纹 | 缎纹 | 平纹 | 平纹 |
幅宽，m | 1-1.5 | ||||
厚度，mm | 0.09 | 0.11 | 0.13 | 0.21 | 0.31 |
面密度，g/m² | 60 | 80 | 90 | 150 | 200 |
经纬密度，根/10mm | 13.0 | 17.0 | 19.0 | 10.0 | 10.0 |
强力，N/25mm | ≥1500 | ≥1900 | ≥2400 | ≥4100 | ≥5250 |
注：可根据用户需求，定制其他规格的织物。
F-3 理化特性
1基本物性、力学性能和热学性能
F-3纤维具有轻质、高强、高模、耐高温、阻燃、抗冲击、耐磨、透波等性能。
表4.1F-3基本物性、力学性能和热学性能
特征 | 单位 | F-358 | F-368 | F-318 |
基本物性 | ||||
密度 | g/cm | 1.44 | 1.44 | 1.44 |
单丝直径 | μ m | 15-16 | 14-18 | 14-16 |
含水率 | ≤3.5% | ≤3.5% | ≤3.5% | |
上油量 | ≤3.0% | ≤3.0% | ≤3.0% | |
力学性能 | ||||
拉伸强度 | g/d(干纱) | ≥31 | ≥32 | ≥28 |
弹性模量 | g/d(干纱) | 1070-1360 | 850-1070 | 850-1360 |
HASR* | ≥92% | ≥92% | ≥92% | |
断裂伸长率 | ≥2.6% | ≥3.2% | ≥2.6% | |
比强度 | 10⁶cm(干纱) | 27.9 | 28.8 | 20.38 |
比模量 | 10⁵cm(干纱) | 1215 | 990 | 765-1224 |
热学性能 | ||||
LOI | % | 38-42 | 38-42 | 38-42 |
分解温度(空气) | ℃ | 530 | 530 | 530 |
比热 | J/g ·K | |||
25℃ | 0.944 | 0.944 | 0.944 | |
100℃ | 1.951 | 1.951 | 1.951 | |
180℃ | 1.154 | 1.154 | 1.154 | |
传热系数 | W/(m ·K) | 0.04 | 0.04 | 0.04 |
空气中热收缩 (19min,177℃) | % | <0.1 | <0.1 | <0.1 |
热膨胀系数 (25~150℃) | 10⁻/℃ | -4.0 | -4.0 | -4.0 |
备注：
1.力学性能测试标准：干纱：Q/20194000-7·175-2009; 浸胶法：GJB-348-1987。
2.因产品规格型号及测试方法不同，表中数据仅供参考。
3.*HASR 是指纤维在240℃的空气中经3小时后的强度保持率。
2与其它纤维性能比较
F-3综合性能优异，尤其是力学性能居批产有机纤维之首。
表4.2 F-3与其它纤维性能比较
图4.0 F-3与其它纤维力学性能分布图
3化学稳定性
F-3 具有较好的化学稳定性，但在强酸溶液、强碱溶液、盐溶液等环境媒介中长时间暴露，它 的某些性能会相应地降低。
表4.3 F-3在各种化学媒介中的表现
化学媒介 | 浓度(%) | 温度(℃) | 时间(h) | 结果 |
氯化钠溶液 | 3 | 21 | 720 | 低 |
10 | 99 | 170 | 无 | |
海水(上海地区) | 100 | Boil | 360 | 无 |
菜籽油 | 100 | Boil | 360 | 无 |
150#齿轮油 | 100 | Boil | 360 | 无 |
93#汽油 | 100 | 21 | 720 | 无 |
乙酸 | 99.7 | 21 | 24 | 无 |
40 | 21 | 720 | 中 | |
氢溴酸 | 10 | 21 | 720 | 高 |
10 | 71 | 10 | 高 | |
硝酸 | 1 10 70 | 21 21 21 | 170 170 24 | 低 高 高 |
硫酸 | 10 | 21 | 170 | 高 |
70 | 100 | 10 | 严重 | |
氢氧化钠 | 50 40 10 10 | 21 21 21 99 | 24 170 720 170 | 高 中 高 高 |
氨水 | 28 | 21 | 24 | 低 |
28 | 21 | 720 | 中 | |
碳酸钠溶液 | 10 | 21 | 720 | 无 |
10 | Boil | 170 | 高 | |
苯酚乙醇溶液 | 38 | 21 | 720 | 无 |
二甲基甲酰胺 | 100 | 21 | 24 | 高 |
乙二醇/水 | 50/50 | 99 | 720 | 中 |
无-----强度降低0~10% 20~40%
低-----强度降低10~20%
中-----强度降低
高-----强度降低40~80%
严重-----强度降低80~100%
4吸水性
F-3的平衡吸水率约为2%,其失水和回潮 平衡曲线见图4.1。相对湿度RH对于F-3的 吸水率及达到吸水平衡的时间有重要影响。
图4.1 F-3失水—回潮平衡曲线
5热性能
F-3不会发生熔融，在氮气环境中温度达到538℃ 时或在空气环境中温度达到520℃时，F-3 会分解。 分解温度会随着升温速度及暴露时间的变化而变化。图4.3反 映了F-3在氮气环境和空气环境下的TGA曲线。
初始阶段 STARAMIDF-3随温度的增加，其吸附的水份挥发， 导致略微失重，至500℃以上的分解温度后失重明显加快。在 空气中的失重较氮气中明显。
DMA 用来测量材料随温度变化的力学性能，考察分子链段 松弛转变，有利于从分子水平解释材料力学性能的温度依赖性。 图4.4显示F-3初始储能模量较高，但在200℃之后 迅速降低。另外，从Tan Dalta曲线可以看出，玻璃化转变温 度约为270℃。
图4.3 F-3在N 和空气中的典型 热失重曲线(10℃/min)
图4.4 F-3 在 N₂ 中的 DMA 曲(10℃/min)
6热老化性能
F-3在不同温度下的老化情况见图4.5。可 以看出温度对纤维的老化情况影响较为明显，温度越高， 强度损失越大，在超过100℃的高温条件下长时间使用时 需要特别注意。此外，如图4.6所示，F-3系列 产品比进口芳纶1414具有更好的抗热老化性能。
图4.5 F-3在-24℃、50℃、120℃、 150℃、200℃时的老化曲线
图4.6 F-3 和芳纶1414在220℃时的老化曲线比较
7比热
F-3的比热受温度的影响较大(如图4.7)。 当温度从常温升到111℃时，F-3比热增加达到了 峰值，之后伴随温度的继续增加，比热逐渐降低，当温度达 到180℃后，比热变化趋于平缓。
图4.7 F-3比热分析曲线
8抗紫外性
紫外光对纤维有一定影响。没经过防护处理的纤维长 时间暴露在紫外光下，表面颜色由黄色慢慢变成棕色。① STARAMIDF-3 长时间暴露在紫外光下，机械性能会降低， 但相较于进口高模芳纶1414,F-3强度下降趋 缓(如图4.8);降低的程度受紫外光波长、暴露时间、
紫外光辐射强度和产品自身几何结构影响。② F-3长时间暴露在普通的室内光线下，机械性能不会降低。 ③在阳光波长300nm到450nm之间时，STARAMIDF-3纤维 吸收较强，在做防护处理时应特别注意，这类光线应被消 除。④F-3紫外老化过程有氧的存在才会发生， 其它环境条件(湿度、空气污染物，如二氧化硫)不会影 响老化进程。
图4.8 F-358和进口高模芳纶1414光下的稳定性
备注：1.紫外老化测试标准：GB/T16585-1996
2. 采用340nm 紫外光不喷水照射360
9燃烧性
F-3 虽具有阻燃特性，但当环境氧含量 达到或超过42%,它仍可以燃烧，火源被移除后自 熄。F-3燃烧时会产生部分有害气体， 具体见图4.9所示。
图4.9 F-3纤维燃烧产物
*以上数据仅供参考。
F-3的典型应用
防弹材料
F-3具有高强、高韧、抗冲击等优异性能，可为复合装甲、防弹衣、防弹头盔、护盾等提供更轻、更强、安全的解决方案。例如防9mm铅芯弹结果显示，F-3的实 验结果(SEA值)较进口抗弹型芳纶II 提高了30%以上。
头盔
由 F-3制造的防弹头盔具有很高 的Vso值，并具有质轻、易铸型等特点，是用 于单兵防护的理想材料。
表5.1 STARAMIDF-3防弹头盔性能测试
裸盔质量(g) | 测试项目 | 结果 |
980-990 | 常温、高温、浸水、盐 雾、太阳辐照、耐洗消 | V₅o>650m/s |
2航空航天
F-3具有强度高、模量高、尺寸稳定、抗冲击性、耐磨、透波、耐候、电绝缘、耐疲劳、质量轻 等特点，是制造飞机构件，机载星载舰载雷达罩、透 波形结构件、卫星部件、飞机构件的理想原材料。
电力电信
F-3具有强度高、模量高、尺寸稳定、透波、 电绝缘等特点，能够为风力发电风机叶片、轴浓缩高 速离心机、光缆增强材料、轻型天线、特种印刷线路 板、电子电器运动结构件、控制操纵电缆提供优异的 性能和稳定性。
安全防护
F-3具有耐热、阻燃、柔韧、质量轻等特点， 因此由F-3制成的消防服、防火毯、耐热工 作服、阻燃织物、防切割手套、耐切割座椅面料具有 优良的强度和稳定性。
输送材料
F-3具有高强度、高模量、耐候、耐化学 品、耐磨、质量轻等特点，是传送带、高压软管、 距离输油管、压力容器等的解决方案。
航海领域
F-3具有质量轻、强度高、模量高、耐冲击、耐 等特点，能够为制造各种舰船的高压容器、军用快艇、雷 罩、海底声纳装置、军舰系留绳提供优异的性能和稳定性
轮胎及制动
F-3具轻质、高强、高韧、耐磨、耐疲劳等 点，可用于轮胎和制动方面，降低轮胎滚动阻力和提 制动安全性。
体育用品
F-3具有强度高、模量高、抗冲击、耐磨、 量轻等特点，能够保证赛车、滑雪板、网球拍、降落 跳绳索的安全性和功能性。
产品包装信息
表6.1列述了F-3的常用包装规格信息。另外，我们还可根据用户需求提供其它产 品及包装样式。
表6.1 F-3的常用包装规格
单轴包厢内 单轴包厢外
单轴包装内 单轴包装外
特种高强芳3带（芳Ⅲ带）
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辽公网安备 21060202000065号