对位芳纶在高性能绳缆中的应用

由于特殊领域对于绳缆性能(例如要求强度高、耐高温)及轻量化有很高的要求，高性能合成纤维，包括对位芳香族聚酰胺纤维(对位芳纶)和聚芳酯(LCP)，逐渐取代了在过去被广泛应用的钢丝，成为了高性能绳缆的主流原材料。

绳缆作为一种特殊的织物，根据直径及编织工艺的不同，可以进一步细分为不同类型，包括线、绳索及缆。一般来说，直径为1~4mm的被称为线，直径大于4mm的称为绳索，而缆或者缆绳多指直径较粗的绳缆(如直径在40~120mm之间)。近年来，随着制造设备如捻线机、制股机和制绳机的大型化及自动化，缆绳的直径有了进一步增加的趋势，例如目前国内厂商已经可以生产直径为160mm的8股或12股绞辫绳及直径达到300mm的复编绳。

绳缆的性能不仅受编织结构(如绞辫绳或复编绳、绳股的数量、捻距)的影响，更与制绳的原材料密切相关。早在上个世纪，RChattopadhyay就曾将影响绳缆性能的因素概括为用于绳的纤维材料性能、绳的结构和环境的因素。他进一步指出，一种绳很难满足各种环境的应用要求。实际上，在不同的使用环境中，绳的实际性能会因所用绳的纤维材料的不同以及其结构的不同受很大影响。由于我国制绳的历史悠久，绳缆的原材料多种多样，从多用于传统手工制绳业的棉、麻、丝、毛等天然纤维到工业化制绳常用的钢丝等金属纤维。在很长的一段时间内，钢丝都是工业用绳缆的主要原材料。这是由于钢丝性价比高、弹性模量高以及强度比天然纤维大。但是钢丝绳的缺点也很明显，如质量大、在潮湿的环境中易生锈腐蚀并且钢丝绳在断裂的时候回弹很大，很容易造成使用人员出现人身伤害等。因此近年来，由于绳缆用途的多样化以及市场的进一步细分，聚酰胺(尼龙)、聚丙烯、聚酯等合成纤维被广泛应用到包括弹力绳、宠物牵引绳、登山绳等在内的多种民用绳缆当中。

除此之外，市场对于用于特种用途如国防军工、渔业船舶以及消防救援等领域的高性能绳缆的需求日益增加。

对位芳纶，国内一般称为芳纶1414，是一种具有高强度(抗拉强度比聚酯和聚酰胺纤维高2~3倍；在同等质量下，其强度是钢丝的7倍)、高模量(模量可以达到140GPa)及质量轻(密度约为1.44g/cm3，比碳纤维更小)的高性能纤维。对位芳纶的尺寸稳定性好，蠕变非常低并且热膨胀系数小。除了优异的力学性能外，对位芳纶的热稳定性特别好，没有熔点，只有在500℃及以上才会开始分解，并且在-200℃或以下的极低温度下仍能保持大部分力学性能。同时其抗切割、耐化学性好、不易燃并且不导电。这些优异的特性都使得用对位芳纶制成的绳缆具有独特的优势。