第一章 高性能有机纤维
第一节 芳香族聚酰胺纤维
芳香族聚酰胺纤维（英文aramidfiber，国内商品名为芳纶）与脂肪族聚酰胺纤维（锦纶）的相同之处在于纤维分子长链中都含有大量的酰氨基（—CO—NH—），不同之处在于其分隔基团的不同。芳香族聚酰胺分子中与酰氨基相连的是芳香环，而脂肪族聚酰胺分子中是脂肪基。
最早开发芳香族聚酰胺纤维的是美国杜邦公司。1951年，美国杜邦公司的Flory发明低温溶液聚合法，无意中制造出间位全芳香族聚酰胺。1960年，美国杜邦公司开始开发间位全芳香族聚酰胺纤维，到1967年上市，其商品名为诺梅克斯（Nomex®）。1965年，Kwolek发明液晶纺丝法，并开始研究对位全芳香族聚酰胺纤维。1968年，杜邦公司开始研究对位全芳香族聚酰胺纤维，到1972年上市，商品名为凯夫拉（Kevlar®）。1974年，美国通商委员会将全芳香族聚酰胺命名为aramid，泛指酰氨基团直接与两个苯环基团连接而成的线型高分子，用其制造的纤维称为芳香族聚酰胺纤维。
全芳香族聚酰胺纤维最具实用价值的品种有两个：间位全芳香族聚酰胺纤维（MPIA，间位芳纶，芳纶1313，聚间苯二甲酰间苯二胺纤维）和对位全芳香族聚酰胺纤维（PPTA，对位芳纶，芳纶1414，聚对苯二甲酰对苯二胺纤维）。间位芳纶是开发最早、产量最大、应用最广的有机耐高温纤维，是世界公认的耐高温防护服的最佳选材；对位芳纶具有高强度、高模量的特点，素有高分子材料中的“百变金刚”之誉，是当今世界高性能纤维材料的代表。高性能芳纶的制备难度高，投资大，目前主要由美国的杜邦公司和日本的帝人公司垄断。
我国自1972年开始研究芳纶，长期以来，芳纶国产化、规模化技术一直备受国内许多化纤企业的关注，经过广大科技工程人员的不懈努力，我国芳纶的研制和生产取得了突破性进展，对芳纶1313的研发已形成产业化规模。1999年开始，烟台氨纶股份公司（烟台泰和新材料股份有限公司）历时三年，研发出了高品质的芳纶1313，并实现了工业化生产，目前该企业生产能力已达到5000吨/年，一跃成为世界第二大芳纶制造商。上海圣欧集团（中国）有限公司的芳纶1313产能紧随烟台泰和有限公司之后，居国内第二位，在世界范围内暂居第四位。进入21世纪后，对位芳纶已取得实质性突破，基本具备工业化生产条件，同时国内许多企业也已完成小试和中试，正在启动工业化生产线的建设。2011年，烟台泰和新材料股份有限公司1000吨/年对位芳纶产业化工程项目试车成功，使我国成为继美、日之后又一个能
生产对位芳纶高性能纤维的国家。未来几年国内对位芳纶产能将快速增长。
一、聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）纤维
1.PPTA纤维的制备 与常规聚酰胺一样，聚对苯二甲酰对苯二胺（poly p-phenylene terephthalamide，PPTA）也是采用缩聚的方法合成。但是由于PPTA的熔融温度高于聚合物的分解温度，不能用熔融缩聚的方法，只能用界面缩聚、溶液缩聚、乳液聚合和固相缩聚等方法，工业生产上常用低温溶液缩聚和界面缩聚的方法。最为简单、适用的方法是低温溶液缩聚法，即采用反应活性大的单体在非质子极性溶剂中，在温和的条件下进行缩聚反应的方法。工业生产中采用芳香族二胺（对苯二胺，PPD）与芳香族二酰氯（对苯二甲酰氯，TCI）为单体，在酰胺型溶剂体系（酰胺—盐溶剂体系，NMP—CaCl2）中反应制备PPTA聚合物。其反应式如下：
为得到高强度的PPTA纤维必须先制得相对分子质量较高且相对分子质量分布尽可能窄的PPTA聚合体，因此在聚合过程中，要控制好影响聚合物性能的主要因素，如溶剂的纯度及含水量、两单体的纯度及摩尔配比、溶剂体系的选择、反应时间、反应温度和固含量等。反应产物在溶剂体系中的溶解性能—固含量—温度关系影响着单体在溶剂体系中的分布及聚合物是否分相，从而决定在聚合过程中的链增长和终止速率，影响PPTA聚合体的相对分子质量。
2.PPTA纤维成型 PPTA纤维成型不能采用传统的熔融纺丝、湿法纺丝及干法纺丝的方法，因此，引进了新的概念和理论基础，是典型的由刚性链聚合物形成液晶性纺丝溶液，采用干喷湿纺的液晶纺丝方法，制取高强度高模量纤维。
研究表明浓度为99%～100%的硫酸，对PPTA的溶解性最好。聚合物在浓硫酸中溶解，随着PPTA浓度的增加，溶液黏度上升，当溶液浓度超过了临界浓度以后，刚性分子聚集形成液晶微区，在微区中大分子呈平行排列状态，形成向列型液晶态。随着温度上升，临界浓度值提高，有利于高浓度纺丝浆液的生成，有利于纤维强度的提高。因此，PPTA液晶纺丝温度一般控制在80～100℃。但是溶液纺丝时要求凝固浴的温度低一些，以利于大分子取向状态的保留和凝固期间纤维内部孔洞的减少，低温凝固浴的温度为0～5℃，因此，喷丝头不能浸入凝固浴中。同时，为了使液晶分子链通过拉伸流动沿纤维轴向取向，又要求有足够高的纺丝速度，因此，采用在喷丝板与凝固浴之间设置空气层的干喷湿纺纺丝法，允许高温原液和低温凝固浴的独立控制。
上述纺丝方法称为液晶纺丝法，纺丝装置示意图如图1-1所示。纺丝原液中PPTA具有典型的向列型液晶结构，通过喷丝口时，在剪切力和伸长流动作用下，液晶分子链沿流动方向取向，全体向列型液晶微区沿纤维轴向取向，在空气层中进一步牵伸取向，到低温凝固浴中凝固成型，分子取向结构被保留下来，形成高结晶、高取向的纤维结构，使初生丝不经过拉伸就能得到高强度、高模量的纤维。这一纺丝装置充分发挥了液晶纺丝的优点，纺丝速度比湿式纺丝高得多，可达200～800m/min。纺出的PPTA丝束用纯水洗涤，除去残留的硫酸，上油后卷绕成筒管卷装。对水洗中和好的丝束进行加张力高温热处理可以大幅度提高纤维的模量，而强度变化很小。研究表明，经过500℃以上高温热处理后，纤维的模量几乎增加一倍。
图1-1 干喷湿纺纺丝装置
3.PPTA纤维的结构 聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）纤维是对位连接的苯酰胺，其分子结构式如下：
大分子中酰胺键与苯环形成共轭结构，内旋转位能相当高，成为刚性链大分子结构，分子排列规整，因此，分子结晶和取向极高，所以纤维的强度和模量相当高。
对PPTA纤维的结构，用扫描电镜、X射线衍射以及化学分析等方法进行解析，提出了许多结构模型，比较有代表性的如Dobb等提出的“辐向排列褶裥层结构”模型，Ayahian等提出的“片晶柱状原纤结构”模型，Prunsda及李历生等提出的“皮芯层有序微区结构”模型，这些微细构造的模型基本上反映了PPTA纤维的主要结构特征，即纤维中存在伸直链聚集而成的原纤结构，纤维的横截面上有皮芯结构。
PPTA纤维典型的微观结构如图1-2所示，大分子链为棒状伸直链构象，大分子链沿轴向规则排列。分子链内相邻共轭基团间的共价键作用，使酰胺基和对苯二甲基能在一个平面内共存。分子链间通过氢键连接使聚酰胺分子平行堆砌，形成片状微晶，使之在剪切和拉伸流动作用下易形成液晶，从而使纤维在轴向具有相当高的取向度和结晶度。相邻的氢键平面之间由范德瓦耳斯力结合在一起。由此可见，PPTA大分子的刚性规整结构、伸直链构象和液晶状态下纺丝的流动取向效果，使大分子沿着纤维轴向的取向度和结晶度非常高，而与纤维轴垂直方向存在分子间酰氨基团的氢键和范德瓦耳斯力，但这个凝聚力比较弱，因此，在机械力的作用下大分子易沿着纤维纵向开裂产生原纤化。图1-3为Kevlar纤维断裂处原纤化照片。
图1-2 PPTA纤维微观结构示意图
图1-3 Kevlar纤维断裂端SEM图像
PPTA纤维结晶区域原纤化结构模型如图1-4所示，由图可见，原纤沿纤维轴向高度取向，约600nm宽、几厘米长，原纤之间存在约35nm宽间隙的结晶缺陷区，但它们被穿越不同微纤区域相互连接的原纤集束在一起，这样的排列结构能充分发挥PPTA纤维高强高模的力学性能。含有一个缺陷周期的PPTA纤维结晶结构模型如图1-5所示。模型中每条线分别代表PPTA的分子链。高度伸直的分子链能够穿越连续的结晶层，然而在分子链的末端以及大约在链长的一半处会交替出现缺陷层，这些缺陷层代表纤维潜在的薄弱环节。在PPTA结晶结构中，这些缺陷层被很好地键接在一起，仍能赋予纤维较高的强度，这一点与常规纤维的缺陷层结构有质的区别。
通常纤维的抗张强度主要取决于聚合物的相对分子质量、大分子的取向度和结晶度、纤维的皮芯结构及缺陷分布。相对分子质量增加，大分子链长度变长，减少了分子末端数，减少了结晶缺陷，有利于纤维强度的提高。对PPTA初生纤维进行张力作用下的热处理，可进一步使结晶结构完整，提高纤维的模量。目前，PPTA纤维实际强度只有理论强度的1/10，较大差距说明纤维的强度还是受到了纤维结构缺陷的影响。
4.PPTA纤维的性能 聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）纤维属高强度纤维，在现有的高性能纤维中，芳纶1414是综合性能最好的有机纤维之一。其最突出的性能特点是高强、高模和耐高温，同时还具有耐磨、阻燃、耐化学腐蚀、绝缘、防割、抗疲劳、柔韧以及尺寸稳定性好等性能。
（1）力学性能。对位芳纶的强度是目前广泛使用的有机纤维中比较高的，其强度可达193.6cN/tex，断裂伸长率为4%。其初始模量为4400cN/tex，为涤纶的6倍，是聚酰胺纤维的11倍。其强度是钢丝的5～6倍，模量为钢丝或玻璃纤维的2～3倍，韧性是钢丝的2倍。由于芳纶1414高度的结晶性和单向性，所以蠕变性很低。
（2）纤维密度。对位芳纶的密度为1.43～1.44g/cm3，高于间位芳纶。
图1-4 PPTA纤维结晶区原纤化结构模型
图1-5 含有一个缺陷周期的PPTA纤维结晶结构模型
（3）热学性能。对位芳纶的热稳定性高，热收缩率低，在150℃下纤维的收缩率为0。在高温下还具有很高的强度保持率，纤维的玻璃化温度为345℃左右，熔点为600℃，在高温下不熔融。随着温度上升，纤维逐步发生热分解或炭化，其分解温度大约在560℃。最高使用温度为232℃。PPTA纤维在空气中极难燃烧，纤维极限氧指数（LOI）为28%～30%，具有自熄性，离开火焰后自动熄灭。
（4）耐候性。芳纶1414和其他含苯聚合物一样，对紫外线、电子射线极为敏感，但可见光的影响程度较小。波长300～450nm的光波易被对位芳纶吸收，能导致酰氨基裂解，造成纤维强度下降，同时颜色也会变黑。
（5）化学性能。芳纶1414具有良好的耐碱性，耐酸性优于锦纶，除无机强酸、强碱外，能耐多种酸、碱及有机溶剂、漂白剂的侵蚀。纤维抗虫蛀和霉变，对橡胶有良好的黏附性。
（6）染色性能。PPTA纤维分子具有取向度和结晶度高的特点，并且其链段排列规则，分子间还有很强的分子间氢键，高度伸直的刚性链构象，高度有序的微纤结构，分子表面光滑致密，使得染料不易进入纤维分子内，采用常规的染色方法不易上染。因此，国内外的专家学者都致力于对位芳纶染色方法的研究。
不断探讨的染色方法包括溶剂染色法、纺丝原液染色法、纤维改性预处理染色法、载体染色法等。纤维改性预处理染色法又有多种方法探讨，如酸碱预处理染色法、等离子体预处理染色法、接枝法预处理染色法等。研究表明，经碱改性处理的芳纶1414纱线采用分散染料染色，经酸改性处理的芳纶1414纱线采用阳离子染料染色，均可明显提高得色量。
5.PPTA纤维的应用 目前，对位芳纶的产量不断增加，性能和功能不断完善，其应用范围也不断扩大，可加工成绳索、编带、织物直接用于各领域，亦可作为各种复合材料的增强材料，用于航空、航天和国防军工等高科技领域。
（1）橡胶工业领域。PPTA纤维作为性能优异的橡胶补强和骨架材料，备受国内外橡胶、轮胎行业的关注，主要用于高速行驶或重载汽车和飞机的轮胎帘子线。由于其强度高、密度小，因此，用它制成的轮胎质量大大减轻，轮胎层薄，热量容易散发，轮胎的使用寿命延长。以芳纶为骨架材料的其他橡胶制品包括工业胶管、汽车胶管和胶带等。美国著名的Gates橡胶公司将芳纶用作汽车冷却装置软胶管、大口径采油胶管、大口径输泥浆软胶管、高压航空胶管等产品的增强材料。
（2）国防军工领域。PPTA纤维主要用于防弹头盔、防弹衣和防弹装甲的增强材料。生产防弹织物，抗冲击织物，替代传统的钢板防弹衣、防弹背心。作为防弹头盔和防弹装甲的增强材料，芳纶与金属复合装甲板、芳纶与陶瓷复合装甲板已广泛用于防弹装甲车和防弹运钞车。芳纶及其复合材料以其优越的使用性能而被广泛应用于装甲领域，被称为第2代复合装甲材料，多个国家的战车、坦克及舰船等的关键部位都使用了芳纶材料。
（3）防护工作服。用于生产防切割材料，如防切割手套、安全围裙、耐切割运动衣，伐木工人链锯裤等；用于生产防腐蚀工作服和耐焊花、高温液体飞溅工作服等。
（4）土木建筑领域。做成土工布类产品，可用于格栅增强材料、木材增强材料；用PPTA纤维织物增强树脂复合材料替代钢筋增强混凝土，实现构件轻量化，不导电，耐腐蚀，抗震性能好。可用作水泥补强材料，用于幕墙、地基材料、屋顶材料、筒管基材料、盆槽基材料等。
（5）绳索。可用于生产各类缆绳，除具备一般绳缆的抗拉、抗冲击、耐磨、轻柔等性能外，对位芳纶制成的绳缆线带产品具有更高的强度，且质量轻、耐腐蚀、耐霉变、耐虫蛀，广泛应用于体育运动器材、海洋工程装备、渔业器具、电子电器和航天装备制造等领域。如海洋石油平台用绳索、升降机吊索、体育运动用绳索（登山绳索、帆船绳索等）、舰艇绳索、建筑用绳索等。用于耐热产品的缝纫线，加工编织袋类产品，篷布、耐热帆布和过滤布等。
（6）高强耐热带。如各类耐热传动带、安全带、运输带等。
（7）非织造布。用于生产耐热毡、耐高温过滤毡等。
（8）石棉的替代材料。用于刹车片、离合器衬垫等摩擦材料，用于耐热密封衬垫、汽缸垫、各种类型的盘根等密封材料，还可用于生产耐热绝缘纸和工业特种用纸。
（9）航空航天领域。用于空间飞行器、飞机、直升机等的二次结构材料，内部及表面材料，如机舱门窗、机翼、整流罩体表面等，也可制作机内天花板、舱壁等，可大大减轻飞行器的重量。其复合材料还可用于宇宙飞船驾驶舱、火箭发动机外壳，螺旋桨及直升机的叶片，起到增强、轻质、耐久的作用。早在20世纪70年代初，Kevlar49纤维就以其密度低，耐烧蚀性能好，用于制造导弹的固体火箭发动机壳体，后又用于制造先进的飞机和航天器的机身、主翼、尾翼等。
（10）信息技术领域。主要用作光缆中的张力构件。由于IT技术的发展，光纤铺设量猛增，采用PPTA纤维作为张力构件，可保护细小而脆弱的光纤在受到拉力时不致伸长，从而避免光传输性能受到损害。
（11）运动器材。充分利用PPTA纤维耐高温、耐疲劳等特性，以制作运动条件苛刻的拳击手套、登山鞋靴、赛车车体、赛马头盔等，还可用于制作网球拍、滑雪板、滑雪杆、雪橇、弓箭、弓弦、钓鱼竿、风筝骨架、高尔夫球棍、赛艇等。
（12）电子电气。在电子电气领域中PPTA纤维已应用在微电子组装技术中表面安装技术用的特种印刷电路板，机载或星载雷达天线罩、雷达天线馈源功能结构部件和运动电气部件等许多方面。美国RCA公司为多颗卫星研制的多部抛物面天线中，其反射面均采用芳纶织物增强复合材料制造。
与发达国家相比，我国工业领域中PPTA纤维产品开发与应用研究还有一定的差距，若发达国家同类产品制造商的技术水平以10分计，我国研究和应用技术水平评分如表1-1所示。
表1-1 我国对位芳纶产品应用关键技术水平
由表中数据可见，我国在对位芳纶的应用技术研究领域还有很大的发展空间。
6.PPTA纤维目前存在的问题及发展趋势 目前，PPTA纤维的应用领域不断扩展，针对PPTA纤维存在的问题和不同领域的应用需要，不断开展技术革新，如改进纤维制备技术，提高生产率，降低成本，以扩大纤维在民用行业的推广应用。进一步提高强度和模量，提高纤维与基体间的黏结性，使之在高性能复合材料领域应用更为成功。主要的发展方向包括：
（1）提高PPTA纤维的强度。当前PPTA纤维的强度达到3GPa，模量最高可达到173GPa，但是其理论强度为30GPa，理论模量为182GPa，由此可见，纤维的实际强度只有理论强度的10%，说明纤维的高层次结构尚未达到理想状态，还存在影响拉伸强度的缺陷。
（2）提高PPTA纤维与基体的黏合性。在复合材料领域作为增强纤维使用时，PPTA纤维必须与各种基体具有良好的黏结性，才能在复合材料中充分发挥其高强高模的作用。目前，主要的研究手段包括表面刻蚀技术、高频离子电镀、黏合剂浴活化处理、浸渍处理、表面接枝处理等，是对PPTA纤维进行表面活化处理，或依据不同基体需求，在纤维表面连接活性反应基团，改善基体对PPTA纤维的浸润性，提高PPTA纤维与基体的黏结性。
（3）提高PPTA纤维的染色性能。传统PPTA纤维为金黄色，由于纤维刚直的高分子链具有高度结晶性，表面无活性基团，所以染色性差。为提高PPTA纤维的染色性能，提供色彩丰富的产品，需要对其进行表面处理，使纤维表面活化或接枝活性基团，才能够与染料良好结合，提高纤维的染色性能。
（4）提高PPTA纤维的服用性能。PPTA纤维刚度较大，穿着舒适性差，为了提高纤维的服用性能，可努力降低纤维线密度，纤维越细，柔性越好，可提高所加工面料的手感。在纺丝过程中缩小喷丝孔直径并加大拉伸倍数，可加工低特纤维。采用中空纺丝板纺丝可得中空纤维，使所加工产品在同体积下重量更轻，更有利于PPTA纤维在防护服领域的应用发展。
二、聚间苯二甲酰间苯二胺（MPIA）纤维
随着高分子技术的发展和高科技产业的兴起，在最近几十年里已经研究出了许多耐高温纤维，但是只有聚间苯二甲酰间苯二胺（poly-m-phenyleneisophthalamide，MPIA）纤维的年产量达到3万吨以上，具有经济规模水平。
1.MPIA纤维的制备 和PPTA一样，由于MPIA熔融温度高于分解温度，不能采用熔融缩聚的方法，工业化生产中其合成也采用界面缩聚法和低温溶液缩聚法。以间苯二胺（MPD）和间苯二甲酰氯（ICI）为原料，经缩合反应而得，反应式如下：
界面缩聚法是将间苯二甲酰氯（ICI）溶解于有机溶剂中，有机溶剂采用与间苯二甲酰氯不起反应且能溶解的四氢呋喃（THF）、二氯甲烷及四氯化碳等。然后在强烈搅拌的作用下将ICI的THF溶液加入间苯二胺（MPD）的碳酸钠水溶液中，在THF和水的有机相界面上立即发生缩聚反应，生成MPIA聚合物沉淀，经过分离、洗涤、干燥后得到固体聚合物。在水相中可加入少量三乙胺、无机碱类化合物作为酸吸收剂，以中和反应生成的盐酸，增加缩聚反应程度，得到高相对分子质量的聚合物。溶剂的选择、单体的纯度和摩尔配比、搅拌形式、反应的温度、反应物浓度等，都是聚合反应取得成功、获得高相对分子质量聚合物的重要条件。
MPIA也可采用低温溶液缩聚法合成。先把MPD溶解在酰胺类溶剂中，如溶解在二甲基乙酰胺（DMAc）溶剂中，在搅拌下加入ICI，反应在低温下进行，并逐步升温至50～70℃，直至反应结束。反应完成后在溶液中加入氧化钙，作为中和剂中和部分反应生成的氯化氢。中和产物作为助溶剂增加了体系的稳定性，使溶液体系成为DMAc—CaCl酰胺盐溶剂体系。
2.MPIA纤维成型 MPIA纤维可采用干法纺丝和湿法纺丝两种方法制备。其纺丝原理与常规合成纤维基本相似，只是需要根据前道聚合物的聚合生产工序进行选择。
亦可采用类似于PPTA纺丝技术的干湿法纺丝技术，可得到强度高、结构紧密、耐热性更好的高质量的MPIA纤维。但工艺较复杂，成本相对较高。
3.MPIA纤维的结构 聚间苯二甲酰间苯二胺（MPIA）纤维分子结构中酰胺键和间位苯环连接，间位连接共价键没有共轭效应，内旋转位能低，可旋转角度大，因此，MPIA大分子是柔性链结构，在力学性能上接近普通柔性链纤维，但苯环基团含量高，易形成梯形结构，耐热性能就大于脂肪族纤维。MPIA纤维的结晶结构属于三斜晶系，这是分子内相互作用力下最稳定的结构。亚苯基二酰胺和C—N键旋转的高能垒阻碍了间位芳香族聚酰胺分子链成为完全伸直链的构象。在MPIA的结晶结构中，其晶体里的氢键在两个平面上存在，如格子状排列。由于氢键作用强烈，使MPIA化学结构稳定，具有优越的耐热性能，同时阻燃性能、耐化学腐蚀性也非常好。其微细结构也为较明显的原纤结构。
4.MPIA纤维的性能 一般认为，能耐200℃以上高温连续使用而不出现热分解，同时保持一定的力学性能的纤维为耐高温纤维。聚间苯二甲酰间苯二胺纤维就属于耐高温纤维，该纤维的密度为1.38g/cm3。其主要性能表述如下。
（1）力学性能。MPIA纤维强度较高，伸长率大，在通常情况下，断裂强度为48.4cN/tex，断裂伸长率为17%。纤维手感柔软，这与对位芳纶形成鲜明的对比。与其他无机耐高温纤维比较，MPIA纤维耐磨牢度好，纺织加工性能好，穿着舒适耐用。
（2）电学性能。MPIA纤维电导率很低，而且由于纤维吸湿性较差，使其在高低温和高低湿度环境中均可以保持优良的电绝缘性能。
（3）热学性能。MPIA纤维具有良好的耐热性和阻燃性。纤维的玻璃化转变温度为270℃，没有明显的熔点，热分解温度高达400～430℃。在200℃以下工作3000h，仍能保持原强度的90%，在260℃的热空气中连续使用1000h，仍能保持原强度的65%～70%，在300℃下连续使用一星期，仍可保持原强度的50%，明显优于常规化学纤维。纤维的极限氧指数为29%，点火温度在800℃以上，离火自熄，散烟密度小。MPIA纤维不熔融，在超过400℃的高温环境中，纤维会炭化分解，分解产生的气体主要是CO、CO2，并产生一种特别的隔热及保护层，能阻挡外部热量暂时不能传入内部，起到有效的防御高温的作用。芳纶1313在250℃时热收缩率仅为1%，在300℃以下为5%～6%，在高温下表现出很好的尺寸稳定性。两种MPIA纤维的一般物理性能如表1-2所示。
表1-2 两种MPIA纤维的一般物理性能
（4）化学性能。MPIA纤维具有良好的耐碱性，耐酸性优于锦纶，耐水解和蒸汽作用，耐有机溶剂、漂白剂以及抗虫蛀和霉变。
（5）抗辐射性能。具有良好的耐辐射性能，包括耐α、β、γ射线以及X射线等的辐射。用50kV的X射线照射100h，其纤维强度仍保持原来的73%。抗紫外性能较差，因为纤维大分子链上有酰氨基团，在紫外线的照射下会发生断链，从而引起力学性能的变坏。
（6）染色性能。MPIA纤维超分子结构立体规整性好，结晶度高，小分子染料很难进入纤维大分子内部，而且纤维玻璃化温度高于270℃，因此，染色困难，色牢度低，尤其是耐日晒色牢度差。研究表明，MPIA纤维可采用分散染料和阳离子染料染色，其中阳离子染料较好。目前多采用高温高压载体染色工艺进行染色，染色时加入电解质氯化钠，可降低纤维与阳离子染料的正电荷斥力，有利于染料上染纤维。载体对染料的溶解能力比水高，因此，吸附在纤维表面的载体层中的染料浓度比染浴中的浓度高，这样便提高了染料在纤维内外的浓度梯度，也可加速染料的上染。理想的载体应是无毒、无臭，促染效果好，不降低染料的亲和力，不影响色泽和牢度，易于洗除和成本低廉的化合物，同时要求载体不影响MPIA纤维织物的阻燃性能。
在MPIA纤维纺丝液中直接加入染料，可得原液染色的纤维，可加工成长丝或短纤维，这种纤维色牢度高，色泽均匀，其纱线和织物的强度均优于非原液染色的相应产品。
5.MPIA纤维的应用 MPIA纤维是耐高温纤维中品质优秀、应用性能非常好的纤维，价格高出常规纤维5～10倍。该纤维是一种永久性的阻燃纤维，它的阻燃性是建立在内部分子结构之上的固有特性，不会因反复洗涤而降低，并且无毒无害。芳纶1313还是一种柔性高分子材料，纺织加工性能良好，手感柔软，穿着舒适，因此，用途非常广泛，用于生产耐高温纺织品、高温下使用的过滤材料、防火材料、高级大型运输工具内的结构材料等。
（1）用于高温下化工过滤布、高温和腐蚀性气体的过滤介质层。高温过滤袋和过滤毡是MPIA纤维应用量最大的领域，对高温烟道气、工业尘埃具有优异的除尘特性，用于金属冶炼、水泥和石灰等的生产、炼焦、发电、化工等行业，在高温下长期使用仍能保持高强力和高耐磨性。
（2）耐高温防护服装。如消防服、军服、航空飞行服、宇航服、原子能工业防护服、绝缘服、防燃手套。衣服的共同特点是柔软轻巧，穿着舒适性好。
（3）应用于电弧危害的防护，有着独特的优势，如电弧防护服、电弧防护头罩等。
（4）工业耐高温产品部件。运送高温和腐蚀性物质的输送带、机电高温绝缘材料、工业洗涤设备衬垫等均可使用MPIA纤维。
（5）高级航空器内装饰板材及阻燃材料。MPIA纤维用于民航飞机中的装饰织物，高速列车的内部构件，可降低列车总质量，有利于提高车速。用于高层建筑、民航飞机中的阻燃纺织装饰材料，特别适合于制造防火帘。
（6）工业用纸。MPIA纤维具有极佳的绝缘性，还可制成浆粕纤维，打成纸浆，用普通造纸法生产强度高、耐高温的工业用纸，用于电器绝缘纸材料，介电常数很低，耐击穿电压可达到1×105V/mm2，是全球公认的极佳绝缘材料。
6.MPIA纤维目前存在的问题及发展趋势 MPIA纤维由于具有优良的耐高温性，广泛用于消防服和高性能热防护服领域。
MPIA纤维在明火中能形成含碳的泡沫状绝热层，厚度达到原织物厚度的10倍，但不足的是MPIA纤维在明火中膨化的同时导致纤维收缩，易造成织物撕裂，可能会使穿着者暴露于明火中而灼伤。织物设计的方法是将对位芳纶与间位芳纶短纤混纺或包芯，利用对位芳纶得到织物结构的坚实性，利用间位芳纶形成泡沫防热隔绝层。
目前，国内对MPIA纤维的染色性能的研究仍在继续。国内外为解决间位芳纶染色问题采用了多种方法，但是染色过程仍存在一定问题，许多方法染色效果还不够理想。常规的研究工作主要集中在130℃载体染色。芳纶染色所用的载体成本较高，具有毒性，染色时存在难以乳化以及染色后脱载体困难等缺点。染色基本原理认为，染色温度应该在高于纤维玻璃化温度的条件下进行，要解决芳纶染色困难的现状，提高染色温度是一个可以尝试的办法，但是染料高温稳定性问题有待进一步研究。目前报道的最好染色工艺水平为140℃，加入现代工业化染色载体，可以达到优于现在芳纶1313工业化染色的染色效果，其经济效益和环境效益显著。