1 、概述

芳綸樹脂基復(fù)合材料是以合成樹脂為基體，以芳綸為增強材料經(jīng)復(fù)合而制成的一種新型工程材料。芳綸具有低密度、高比強度、高比模量、耐沖擊、耐腐蝕、阻燃等優(yōu)異性能，是理想的有機纖維增強材料。芳綸主要分為3類: 對位芳綸、間位芳綸和芳綸Ⅲ。對位芳綸是對位芳香族聚酰胺纖維的簡稱，即聚對苯二甲酰對苯二胺( PPTA) 纖維，國內(nèi)稱其為芳綸 1414；間位芳綸為聚間苯二甲酰間苯二胺(PMIA)纖維的簡稱，國內(nèi)稱其為芳綸 1313；芳綸Ⅲ，也稱雜環(huán)芳綸，指雜環(huán)芳香族聚酰胺纖維。芳綸由美國杜邦公司率先研制開發(fā)成功，并將對位芳綸商品命名為 Kevlar，間位芳綸的商品名命名為 Nomex。芳綸纖維的形態(tài)有：無捻粗紗及有捻紗、織物、帶、氈及短切原絲等。芳綸紙大多以芳綸短切纖維和芳綸沉析纖維（簡稱“芳綸漿粕”）按一定比例制成[1]。芳綸紙蜂窩芯材是由芳綸紙經(jīng)過涂膠條、疊合、蜂窩疊塊的壓制固化、切割、拉伸與浸膠等一系列復(fù)雜工藝制作而成[2]。芳綸蜂窩夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料一般是由上、下薄面板（蒙皮）與中間芳綸紙蜂窩芯膠粘后構(gòu)成。芳綸樹脂基復(fù)合材料常用的基體樹脂有酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、聚乙烯等。

采用玻璃鋼的制備工藝（如纏繞、手糊、真空袋壓、熱壓罐、模壓及RTM等）可將芳綸與樹脂基體復(fù)合為構(gòu)件。芳綸樹脂基復(fù)合材料（AFRP）具有低密度、耐沖擊、高比強度、高比模量、電絕緣以及優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用于航空航天、電力、電子、防護、交通、體育器材等領(lǐng)域中。

目前國內(nèi)外用于防護領(lǐng)域的芳綸樹脂基復(fù)合材料已產(chǎn)業(yè)化，其主要生產(chǎn)企業(yè)有：美國杜邦公司、日本帝人株式會社、山東非金屬材料研究所、河北普凡新材料有限公司、中藍晨光化工研究設(shè)計院有限公司等；用于其他領(lǐng)域的芳綸樹脂基復(fù)合材料，美國、日本、法國等發(fā)達國家已達實用化水平，而我國仍處于技術(shù)開發(fā)階段，國內(nèi)外從事其研制生產(chǎn)的主要企業(yè)有：美國杜邦公司、北京衛(wèi)星制造廠、中國航天科技集團公司第四研究院、中航復(fù)合材料有限責任公司、平高集團有限公司等。天津大學、哈爾濱工業(yè)大學、蘇州大學、大連理工大學、海南大學等多家高校對芳綸樹脂基復(fù)合材料進行了基礎(chǔ)性研究工作，并發(fā)表了數(shù)篇研究論文。

2 、應(yīng)用

2.1 電子領(lǐng)域

現(xiàn)在雷達罩選材多趨向于纖維增強樹脂基復(fù)合材料和夾層材料。譬如美國塞斯納飛機公司與加拿大飛機制造公司，所制造的雷達罩都是用的纖維增強樹脂基符合材料。溫磊等以環(huán)氧/芳綸布預(yù)浸料為原料，采用熱壓罐成型工藝，成功制備出了雙頻段天線罩。張醒等采用高強玻璃纖維面板—芳綸紙蜂窩夾層結(jié)構(gòu)制備了全透波衛(wèi)星整流罩，經(jīng)試驗驗證，實現(xiàn)了全向平均90%的透波率并質(zhì)量減輕超20%。南博華等[6]成功地研制出了馮•卡門外形紙蜂窩夾層結(jié)構(gòu)CZ-6運載火箭整流罩。中國專利CN106450742A公開了一種采用PE材料和芳綸混紡結(jié)構(gòu)的天線罩制造方法。該發(fā)明把多層混紡布逐層膠粘制作于天線罩模具上并采用真空負壓成型得到天線罩[7]。日本帝人株式會社將芳綸增強環(huán)氧樹脂制成電子工業(yè)表面安裝技術(shù) (SMT)用的印刷線路板，其線膨脹系數(shù)約為（6～7）×10-6/℃，此類導電常數(shù)為3.5適合用作高速傳輸線路上，性能穩(wěn)定性很好。

2.2 航空航天

芳綸樹脂基復(fù)合材料已成功地應(yīng)用于波音B757、B767飛機的殼體、起落架艙門、貨艙、內(nèi)部裝飾件及座椅等，減重30%。芳綸樹脂基復(fù)合材料在S-76商用直升飛機外表面的使用量達50%。國產(chǎn)的直-9飛機上有280多個芳綸NOMEX 蜂窩組成的夾層結(jié)構(gòu)部件，單機NOMEX 蜂窩的使用量高達260 m2，占整個飛機覆蓋面積的 80%左右[9]。烏云其其格等[10]將3233環(huán)氧樹脂/ 044B雜環(huán)芳綸布復(fù)合材料成功應(yīng)用于直升機次承力夾層結(jié)構(gòu)件。

在航天領(lǐng)域，芳綸樹脂基復(fù)合材料可用于制作固體發(fā)動機殼體。美國的MX陸基機動洲際導彈的3級發(fā)動機、法國的M4導彈的402K發(fā)動機以及西歐的“MAGE-Ⅰ”等洲際導彈均采用了芳綸樹脂基復(fù)合材料作殼體。芳綸Ⅲ樹脂基復(fù)合材料應(yīng)用于我國固體火箭發(fā)動機殼體，較芳綸1414樹脂基復(fù)合材料能大幅度提高容器特性系數(shù)[8] (容器特性系數(shù)=PV/W，其中P是爆破壓強，V是殼體容積，W是殼體質(zhì)量)。

2.3 防護防彈

2.3.1 防彈頭盔

芳綸頭盔是以芳綸布及樹脂為原料，經(jīng)熱壓成型的復(fù)合材料。目前芳綸Ⅲ防彈頭盔已經(jīng)研發(fā)成功，較相同防彈性能的芳綸II防彈頭盔減重20%～3 0%。該防彈頭盔具有很高的V50值(即在規(guī)定彈速范圍內(nèi)，對受試樣品形成穿透概率為50%的極限速度V50＞650m/s)，彈坑平均凹陷深度淺。

2.3.2 防彈裝甲

芳綸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、武裝運輸機、裝甲車、防彈車、艦艇等兵器。美國陸軍采用芳綸樹脂基復(fù)合材料制造的防彈襯層，能夠有效的阻擋住穿甲彈、破甲彈以及殺傷彈的沖擊侵徹，能夠起到有效的裝甲防護作用，曾裝備在M—ll3 A3兩棲作戰(zhàn)人員裝甲輸送車內(nèi)部 。美國“宙斯盾”防御體系的 DDG“伯克”級驅(qū)逐艦使用了近70 t芳綸樹脂基復(fù)合材料用于裝甲防護。法國航母“戴高樂”號的關(guān)鍵部位、丹麥的 SF300 多功能艦艇也敷設(shè)了芳綸樹脂基復(fù)合裝甲材料。郭泓等以芳綸織物及改性酚醛樹脂為原料，采用熱壓罐工藝成功地制備出了芳綸復(fù)合裝甲靶板。

2.3.3 方艙

方艙是一種具有一定的剛度、強度，為人和物提供合適空間，便于運輸?shù)莫毩⑴撌?。目前芳綸纖維增強環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料已成功地應(yīng)用于防彈防爆方艙上。

美軍采用以9層0.23Kg/m2 Kevlar49纖維和環(huán)氧樹脂為原料，采用層壓工藝制備了芳綸/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，并用鋁蜂窩材料和芳綸/環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料成功地制作了S-280電子設(shè)備方艙艙體。

2.4 電力

2.4.1 橫擔

芳論樹脂基復(fù)合材料橫擔可應(yīng)用于受力桿塔上，在滿足其力學性能要求的同時，實現(xiàn)質(zhì)量輕和利于開展帶電作業(yè)。通過安裝芳綸樹脂基復(fù)合材料橫擔，可提高配電線路上的絕緣水平，減少配電線路常態(tài)性故障。

2.4.2 絕緣拉桿

在GIS開關(guān)設(shè)備中，絕緣拉桿被廣泛應(yīng)用著，其中以SF6氣體為絕緣介質(zhì)，電壓等級在110 k V及以上的GIS大多數(shù)采用芳綸樹脂基復(fù)合材料絕緣拉桿。陳燕梅等選用芳綸K49為增強材料，以芳綸/聚酯編織布增強環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料為主，內(nèi)層防腐層則采用增強環(huán)氧樹脂膠層，氈在聚酯的表面，以現(xiàn)有的樹脂傳遞模塑工藝進行加工處理，能夠獲得具有良好熱性能、電性能、力學性能的優(yōu)異絕緣拉桿。

2.5 交通工具

芳綸樹脂基復(fù)合材料在高速列車的電機、變壓器、列車車體等部件上獲得了廣泛應(yīng)用。將碳纖維面板、鋁板以及玻璃纖維面板等等貼合到芳綸蜂窩的表面層，從而制作出芳綸蜂窩夾層材料。這種材料結(jié)構(gòu)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在了磁懸浮列車領(lǐng)域，如美國的bart地鐵，德國的thyseen以及意大利的etr-500。

芳綸酚醛樹脂復(fù)合材料被用來做汽車制動摩擦的部件，譬如汽車剎車制動片與離合器襯墊等，而芳綸蜂窩夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料則可以替代鋼板，可以用作汽車桌椅骨架以及汽車底板非承重部位，能夠減輕3%左右的質(zhì)量。

采用芳綸樹脂基復(fù)合材料造船，其船身質(zhì)量與玻璃鋼、碳纖維樹脂基復(fù)合材料的相比均較輕，可相應(yīng)增加航程。由于其具有吸收振動及受連續(xù)沖擊的能力，船航行平穩(wěn)和安全。將芳綸樹脂基復(fù)合材料用于造船，國內(nèi)早有實踐。

2.6 體育器材

芳綸/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料具有較好的沖擊韌性，可吸收較大的沖擊能量，耐疲勞性高于碳纖維、玻璃纖維，可用作高速沖擊性運動（如摩托車、高山滑雪類）的防護護具。

采用芳綸—碳纖維混雜纖維樹脂基復(fù)合材料制作的滑雪板，質(zhì)量輕、剛性大、耐摩擦、 吸能減震效果好、使用壽命長，在有角度滑行和越野滑雪比賽中不僅速度穩(wěn)定，還省力、防滑。

3 問題

3.1 性能尚需提高

芳綸纖維與樹脂的潤濕性及粘結(jié)性較差，導致芳綸樹脂基復(fù)合材料的剪切強度不高，限制其得到更廣泛的應(yīng)用，故研究基體對此復(fù)合材料性能的影響，開發(fā)制備適于芳綸纖維的基體樹脂，進行改善芳綸表面活性的研究，攻克相關(guān)工藝技術(shù)難題，以提高芳綸樹脂基復(fù)合材料綜合性能，擴大其工程應(yīng)用范圍。

3.2 加工技術(shù)尚需突破

芳綸樹脂基復(fù)合材料為典型的難加工材料，加工后常出現(xiàn)抽絲和拉毛缺陷，嚴重影響了材料加工后的形狀規(guī)則和尺寸精度，制約了該復(fù)合材料的推廣應(yīng)用。為了滿足其后續(xù)精確配合及連接的需要，拓展其應(yīng)用，有必要對其加工工藝進行研究攻關(guān)，突破高效高精加工的關(guān)鍵技術(shù)。

4 結(jié)語

芳綸樹脂基復(fù)合材料具有輕質(zhì)、高強度、高模量、高絕緣、耐腐蝕、耐疲勞、抗沖擊、阻燃、透波性良好等特點被廣泛用作結(jié)構(gòu)功能材料，應(yīng)用前景廣闊。研究表明，芳綸纖維增強熱固性樹脂復(fù)合材料較熱固性玻璃鋼的性能好，其耐沖擊性比后者大25%～70%，質(zhì)量約輕30%。芳綸Ⅲ樹脂基復(fù)合材料具有超高強度、超高模量、抗沖擊等優(yōu)異特性，應(yīng)用潛力巨大。

隨著芳綸樹脂基復(fù)合材料工程化關(guān)鍵技術(shù)的突破和產(chǎn)業(yè)化進程的不斷推進，其使用范圍及應(yīng)用領(lǐng)域?qū)@得更大的拓展。