芳纶热学性能指标及检测方法

　　芳纶(Aramid Fiber，如 Kevlar®、Twaron®)是一种高性能芳香族聚酰胺纤维，具有高强度、高模量、耐高温、阻燃等特性，广泛应用于防弹衣、航空航天、轮胎帘子线、高温过滤材料等领域。其热学性能直接关系到使用安全性与寿命，需通过系统方法进行检测。

　　热学性能指标及检测方法

　　1. 玻璃化转变温度(Tg)

　　意义：芳纶为刚性链高分子，虽无明显熔融，但存在 Tg，反映链段运动 onset 温度。

　　检测方法：

　　动态机械分析(DMA)：灵敏，可测储能模量(E')和损耗因子(tanδ)突变;

　　差示扫描量热法(DSC)：芳纶 Tg 吸热峰微弱，常不明显，需高灵敏度 DSC。

　　典型值：

　　间位芳纶(Nomex®)：Tg ≈ 270–300°C

　　对位芳纶(Kevlar®)：Tg ≈ 340–370°C(因高度取向，常难以观测)

　　注：对位芳纶因结晶度高、分子链刚性强，DSC 常无法清晰测出 Tg，推荐 DMA。

　　2. 热分解温度(Td)

　　意义：材料开始发生化学降解的温度，决定z高使用温度。检测方法：热重分析(TGA)：在氮气或空气气氛下，以 10°C/min 升温，记录质量损失。

　　关键参数：Td₅%：质量损失 5% 时的温度;

　　残炭率：800°C 残留质量百分比(反映阻燃性)。

　　典型值(N₂气氛)：芳纶类型Td₅% (°C)残炭率(800°C)

　　对位芳纶(Kevlar)500–55050–60%

　　间位芳纶(Nomex)400–45040–50%

　　标准：GB/T 13464、ISO 11358、ASTM E1131

       提示：空气气氛下 Td 更低(氧化降解)，用于评估实际使用环境。

　　3. 极限氧指数(LOI)

　　意义：衡量材料阻燃性能，LOI > 27% 为难燃材料。

　　方法：

　　将芳纶纤维制成小片或织物，在不同 O₂/N₂ 混合气中点燃，测维持燃烧的z低氧浓度。

　　典型值：

　　Kevlar：LOI ≈ 28–32%

　　Nomex：LOI ≈ 29–32%

　　标准：GB/T 2406.2、ISO 4589-2、ASTM D2863

　　芳纶自熄性好，燃烧时不熔滴、发烟少，是理想阻燃纤维。

　　4. 热收缩率

　　意义：高温下尺寸稳定性，对复合材料预浸料、防护服至关重要。方法：将芳纶织物或纤维束置于烘箱中，在指定温度(如 200°C、300°C)下保温 30–60 分钟;

　　冷却后测量长度变化。

　　计算：

　　典型值：Kevlar 在 200°C/1h：收缩率 < 1%

　　Nomex 在 250°C/5h：收缩率 < 2%

　　标准参考：FZ/T 60020(纺织品热收缩)、企业标准

　　5. 导热系数(λ)

　　意义：影响隔热/散热性能(如消防服需低导热)。

　　方法：

　　激光闪射法(LFA)：适用于致密芳纶复合材料;

　　热流计法(Guarded Hot Plate)：适用于芳纶毡、织物。

　　典型值：

　　芳纶纤维轴向 λ ≈ 0.04–0.06 W/(m·K)(低导热，良好隔热性)

　　6. 热辐射/火焰暴露性能(应用级测试)

　　方法：

　　垂直燃烧测试(UL 94)：观察续燃时间、炭长;

　　TPP 测试(热防护性能)：模拟闪火，测二度烧伤时间(用于消防服);

　　锥形量热仪(Cone Calorimeter, ISO 5660)：测热释放速率(HRR)、总热释放(THR)。

　　结果：芳纶通常通过 NFPA 1971(消防服标准)和 EN 469。

来源：网络