1、12.4.12.4.1高模量有机纤维高模量有机纤维高性能纤维结构的共同点：高性能纤维结构的共同点：非常高的分子取向（结晶度）；非常高的分子取向（结晶度）；有序的侧向排列；有序的侧向排列；非常低的轴向缺陷含量。非常低的轴向缺陷含量。第1页，共51页。2已商业化的高性能有机纤维有：已商业化的高性能有机纤维有：1 1）刚性分子链有机纤维）刚性分子链有机纤维（1 1）芳香族聚酰胺纤维（芳纶）。）芳香族聚酰胺纤维（芳纶）。（2 2）聚芳酯纤维。）聚芳酯纤维。（3 3）PBOPBO纤维。纤维。2 2）柔性分子链有机纤维）柔性分子链有机纤维（1 1）聚乙烯纤维。）聚乙烯纤维。（2 2）聚乙醇纤维。）聚乙醇纤
2、维。第2页，共51页。3 凡聚合物大分子的主链由芳香环和酰胺链构成，且其中至少凡聚合物大分子的主链由芳香环和酰胺链构成，且其中至少85的的酰胺酰胺基直接键合在芳香环上，每个重复单元的基直接键合在芳香环上，每个重复单元的酰胺酰胺基中基中的氮原子和羰基均直接与芳香环中的碳原子相连接并置换其中的的氮原子和羰基均直接与芳香环中的碳原子相连接并置换其中的一个氢原子的聚合物称为芳香族聚一个氢原子的聚合物称为芳香族聚酰胺酰胺树脂，由它纺成的纤维树脂，由它纺成的纤维总称为芳香族聚总称为芳香族聚酰胺酰胺纤维纤维(简称芳简称芳酰胺酰胺纤维纤维)，我国定名为芳纶纤，我国定名为芳纶纤维。维。芳芳 纶纶 纤纤 维维一、
3、概述一、概述第3页，共51页。4很短，发展很快。很短，发展很快。19601960年美国年美国研制商品名为研制商品名为NomexNomex纤维。纤维。19681968年开始研制对位芳香族聚酰胺纤维。年开始研制对位芳香族聚酰胺纤维。19721972年工业化，并取名为年工业化，并取名为KevlarKevlar纤维。纤维。Kevlar有很多品种：有很多品种：Kevlar、Kevlar-29、Kevlar-49、Kevlar-68、Kevlar-100、Kevlar-119、Kevlar-129、Kevlar-149第4页，共51页。5 Kevlar-29 Kevlar-49 Kevlar主要用于绳索、
4、电缆、主要用于绳索、电缆、涂漆织物、带和带状涂漆织物、带和带状物，以及防弹背心等。物，以及防弹背心等。用于航空、用于航空、宇航、造船宇航、造船工业的复合工业的复合材料制件。材料制件。主要用于主要用于橡胶增强橡胶增强，制造轮胎制造轮胎、三角皮带三角皮带、同步带同步带等等第5页，共51页。62.2.4 2.2.4 芳纶的分类芳纶的分类第6页，共51页。7聚间苯二甲酰间苯二胺纤维聚间苯二甲酰间苯二胺纤维COCONHNHnCCOOClClNH2NH2+商品名有美国杜邦的商品名有美国杜邦的NomexNomex，我国的芳纶，我国的芳纶13131313等。等。第7页，共51页。8用途：用途：主要用于易燃易爆
5、环境的工作服，耐高温绝缘材料，耐高温的蜂主要用于易燃易爆环境的工作服，耐高温绝缘材料，耐高温的蜂窝结构。窝结构。高温性能好，高温下的强度保高温性能好，高温下的强度保持率好，以及尺寸稳定性、抗氧化持率好，以及尺寸稳定性、抗氧化性和耐水性好，不易燃烧，具有自性和耐水性好，不易燃烧，具有自熄性，耐磨和耐多次曲折性好，耐熄性，耐磨和耐多次曲折性好，耐化学试剂，绝热性能也较好。化学试剂，绝热性能也较好。强度和模量低，耐光性较差。强度和模量低，耐光性较差。第8页，共51页。9 独特而稳定的化学结构赋予芳纶独特而稳定的化学结构赋予芳纶13131313诸多优异性能，通过对这些特诸多优异性能，通过对这些特性加以
6、综合利用，一系列新产品不断地开发出来，在安全防护、性加以综合利用，一系列新产品不断地开发出来，在安全防护、高温过滤、电气绝缘、结构材料等领域的应用越来越广，普及程高温过滤、电气绝缘、结构材料等领域的应用越来越广，普及程度越来越高，已成为军事、产业、科技等许多领域不可或缺的重度越来越高，已成为军事、产业、科技等许多领域不可或缺的重要基础材料。要基础材料。由于芳纶由于芳纶13131313生产工艺极其复杂、技术难度大、投资成本居高不下等生产工艺极其复杂、技术难度大、投资成本居高不下等原因，长期以来，世界上仅美国、日本有能力生产，并控制着全球芳纶市场。原因，长期以来，世界上仅美国、日本有能力生产，并控
7、制着全球芳纶市场。值得骄傲的是，在我国，异军突起的烟台氨纶股份有限公司经过数年攻关，值得骄傲的是，在我国，异军突起的烟台氨纶股份有限公司经过数年攻关，冲破各种艰难险阻，终于掌握了芳纶冲破各种艰难险阻，终于掌握了芳纶13131313关键技术，并成功地实现了工关键技术，并成功地实现了工业化生产业化生产,纽士达（纽士达（NEW STARNEW STAR），使我国成为世界上第四个芳纶生产国，打，使我国成为世界上第四个芳纶生产国，打破了少数发达国家在这一领域的市场垄断。破了少数发达国家在这一领域的市场垄断。第9页，共51页。10(1)聚对苯甲酰胺聚对苯甲酰胺(聚对胺基苯甲酰聚对胺基苯甲酰)纤维纤维Pol
8、y(P-benzamide)简称简称PBA纤维。纤维。NHCOn 这类纤维有这类纤维有“B B”纤维（美国杜邦公司早期产品）、我国的芳纶纤维（美国杜邦公司早期产品）、我国的芳纶I I（芳纶（芳纶1414）和）和HGAHGA纤维（前苏联）纤维（前苏联）NH2COCl第10页，共51页。11(2)聚对苯二甲酰对苯二胺纤维聚对苯二甲酰对苯二胺纤维Poly(P-Phenlene terephthalamide)简称简称PPTA纤维纤维COCONHNHnCCOOClClNH2NH2+这一类纤维有这一类纤维有Kevlar、Kevlar29、Kevlar49 Twaron（荷兰恩卡公司）、我国的芳纶（荷兰恩
9、卡公司）、我国的芳纶II（芳纶（芳纶1414）。这）。这一类纤维是目前世界上生产的主要品种，也是重要的复合材料的增一类纤维是目前世界上生产的主要品种，也是重要的复合材料的增强材料强材料第11页，共51页。12 为制得更高强度和模量的纤维，改进纤维的为制得更高强度和模量的纤维，改进纤维的耐疲劳性能，采用各种芳环和杂环的二胺和二酰耐疲劳性能，采用各种芳环和杂环的二胺和二酰氯，与对苯二酰氯和对苯二胺共聚。尚处于研制氯，与对苯二酰氯和对苯二胺共聚。尚处于研制和试生产阶段。和试生产阶段。第12页，共51页。132.4.3Kevlar纤维的制备纤维的制备两个阶段两个阶段第一阶段第一阶段 对苯二胺与对苯二甲
10、酸酰氯缩聚成对苯二甲对苯二胺与对苯二甲酸酰氯缩聚成对苯二甲酰对苯二胺（酰对苯二胺（PPTA）的聚合体。）的聚合体。KevlarKevlar纤维的制造过程分为两个阶段：纤维的制造过程分为两个阶段：第13页，共51页。14第二阶段第二阶段 聚合体溶解在溶剂中再进行纺丝，制得所聚合体溶解在溶剂中再进行纺丝，制得所需要的纤维材料。需要的纤维材料。第14页，共51页。15简单流程图简单流程图间歇缩聚间歇缩聚连续缩聚连续缩聚气相缩聚气相缩聚第15页，共51页。16 常选用溶剂：六甲基磷酰胺、常选用溶剂：六甲基磷酰胺、N-甲基吡咯烷酮及二甲基甲基吡咯烷酮及二甲基乙酰胺等。乙酰胺等。为防止对苯二甲酰的水解，反
11、应体系及溶剂中的含水为防止对苯二甲酰的水解，反应体系及溶剂中的含水量要严格控制。量要严格控制。低温溶液缩聚法，不低温溶液缩聚法，不能用熔融缩聚法能用熔融缩聚法原因：原因：聚对苯二甲酰对苯二胺是刚性链分子，分子链段的聚对苯二甲酰对苯二胺是刚性链分子，分子链段的自由旋转受到阻碍，玻璃化温度与熔点温度较高。自由旋转受到阻碍，玻璃化温度与熔点温度较高。第16页，共51页。17低温溶液缩聚法可得到特性粘度大于低温溶液缩聚法可得到特性粘度大于5的聚合体，但生产效率低。的聚合体，但生产效率低。溶剂（溶剂（HMPA)有毒，因此又发展了气相缩聚方法。有毒，因此又发展了气相缩聚方法。将对苯二胺与对苯酰氯蒸汽保持在
12、将对苯二胺与对苯酰氯蒸汽保持在325，与加热到，与加热到200的氯气混合，反应器的的氯气混合，反应器的温度保持在温度保持在202到到250之间，反应后进行冷之间，反应后进行冷却，然后分离可得到聚合物，其特性粘度为却，然后分离可得到聚合物，其特性粘度为3.1。第17页，共51页。182 2）纺丝溶液）纺丝溶液 溶解浓硫酸溶解浓硫酸 干湿法纺丝干湿法纺丝聚合物聚合物PPTA 纺丝溶液纺丝溶液 水洗、干燥水洗、干燥 热处理热处理（Kevlar-29）Kevlar-49 PPTA的纺丝成形常常采用浓硫酸为溶剂，形成具有液晶性的纺丝成形常常采用浓硫酸为溶剂，形成具有液晶性质的大分子进行纺丝。质的大分子进
13、行纺丝。1）纺丝工艺流程）纺丝工艺流程 第18页，共51页。19 液晶从宏观性能上看属于液体，但从微观角度液晶从宏观性能上看属于液体，但从微观角度或光学角度来研究，又有晶体的性质。液晶是介于或光学角度来研究，又有晶体的性质。液晶是介于固体和液体之间的中间相物质。固体和液体之间的中间相物质。液晶分类液晶分类第19页，共51页。20近晶型近晶型 棒状分子通过垂直于分子长轴棒状分子通过垂直于分子长轴方向的强相互作用，互相平行排列成方向的强相互作用，互相平行排列成层状结构，分子轴垂直于层面。棒状层状结构，分子轴垂直于层面。棒状分子只能在层内活动。分子只能在层内活动。第20页，共51页。21胆甾型胆甾型
14、棒状分子分层平行排列，每棒状分子分层平行排列，每个单层内分子排列与向列型个单层内分子排列与向列型相似，相邻两层中分子长轴相似，相邻两层中分子长轴依次有规则地扭转一定角度，依次有规则地扭转一定角度，分子长轴在旋转分子长轴在旋转360后复原。后复原。第21页，共51页。22向列型向列型 棒状分子虽然也平行排列，但长短不棒状分子虽然也平行排列，但长短不一，不分层次，只有一维有序性，在外力一，不分层次，只有一维有序性，在外力作用下发生流动时，棒状分子易沿流动方作用下发生流动时，棒状分子易沿流动方向取向，并可流动取向中互相穿越。向取向，并可流动取向中互相穿越。第22页，共51页。23对于纺丝来说，应用对
15、于纺丝来说，应用向列态向列态液晶。液晶。此种液晶分子溶液在流动取向相中相互穿越，且其粘度比各此种液晶分子溶液在流动取向相中相互穿越，且其粘度比各向同性液体低。向同性液体低。聚合物聚合物PPTA在溶液中呈一定取向状态，为一维有序紧密排列，在溶液中呈一定取向状态，为一维有序紧密排列，也就是纤维中所希望得到的分子排列。在外界作用下，分子很容易也就是纤维中所希望得到的分子排列。在外界作用下，分子很容易沿作用力方向取向，这就是具有液晶性质的大分子有利于成纤的原沿作用力方向取向，这就是具有液晶性质的大分子有利于成纤的原因。因。第23页，共51页。24聚对苯撑对苯二甲酰胺聚对苯撑对苯二甲酰胺(PPTA)溶于
16、溶于100%的硫酸中，显示液晶的硫酸中，显示液晶特性特性PPTA浓硫酸溶液粘度浓硫酸溶液粘度-浓度示意图浓度示意图 浓度增加，溶液粘浓度增加，溶液粘度增大，达到极大值，度增大，达到极大值，超过此极值，浓度再增超过此极值，浓度再增加，粘度降低，且溶液加，粘度降低，且溶液从各向同性向各向异性从各向同性向各向异性转变转变(临近浓度临近浓度)；达到液；达到液晶最大浓度后，浓度再晶最大浓度后，浓度再增加，溶液的粘度重又增加，溶液的粘度重又上升。上升。PPTA溶液具有高浓度低粘度的特点溶液具有高浓度低粘度的特点与浓度的关系：与浓度的关系：第24页，共51页。25 温度上升时，液晶溶液的粘度下降，但当粘度降
17、到一温度上升时，液晶溶液的粘度下降，但当粘度降到一个最低值后，温度再上升，则粘度将大幅度增加，同时溶个最低值后，温度再上升，则粘度将大幅度增加，同时溶液由各向异性状态向各向同性状态转变。纺织时要选择适液由各向异性状态向各向同性状态转变。纺织时要选择适当的浓度和温度范围。当的浓度和温度范围。可纺区的温度范围比较窄可纺区的温度范围比较窄与温度的关系：与温度的关系：第25页，共51页。26两种干喷混纺装置示意图两种干喷混纺装置示意图 高浓度、高温度的高浓度、高温度的PPTA液液晶溶液在较高的喷丝速度下晶溶液在较高的喷丝速度下喷丝，喷丝进入温度低的凝喷丝，喷丝进入温度低的凝固液浴，在凝固液浴中，经固液
18、浴，在凝固液浴中，经过一个纺丝管，在凝固液的过一个纺丝管，在凝固液的作用下形成丝束，绕到绕丝作用下形成丝束，绕到绕丝辊上，再经洗涤，在张力下辊上，再经洗涤，在张力下热辊上干燥。最后在惰性气热辊上干燥。最后在惰性气体中于较高的温度下进行热体中于较高的温度下进行热处理。处理。3）干）干-湿法纺丝湿法纺丝第26页，共51页。274 4）热处理）热处理 对于干燥得到的对于干燥得到的Kevlar-29Kevlar-29纤维，在氮气或惰性气氛纤维，在氮气或惰性气氛下，施加张力于下，施加张力于150150550550高温下分段热处理，变成高温下分段热处理，变成KevlarKevlar4949纤维。纤维。热处
19、理的目的：使分子链进一步取向，提高结晶率热处理的目的：使分子链进一步取向，提高结晶率（9696），从而使纤维的），从而使纤维的、E E 、fu fu。第27页，共51页。28NMP：N-甲基吡咯烷酮极性溶剂甲基吡咯烷酮极性溶剂第28页，共51页。29KevlarKevlar纤维分子的结构纤维分子的结构苯环和酰胺基规律排列，具有高度的苯环和酰胺基规律排列，具有高度的结晶性结晶性；刚硬的分子链，在纤维的刚硬的分子链，在纤维的轴向轴向是是高度定向高度定向的；的；分子链上的氢原子，与羰基结合成分子链上的氢原子，与羰基结合成氢键氢键，成为高聚物分子间，成为高聚物分子间的的横向联结横向联结。2.4.4 K
20、evlar2.4.4 Kevlar纤维的结构纤维的结构 1 1）化学结构）化学结构 第29页，共51页。30 这种结构使它具有纤维轴向强度及刚度高而横向强度低的特点。这种结构使它具有纤维轴向强度及刚度高而横向强度低的特点。沿纤维沿纤维方向是强的共价键，而在纤维的横向是较弱的氢键，这是导致芳纶纤维力学性方向是强的共价键，而在纤维的横向是较弱的氢键，这是导致芳纶纤维力学性能能各向异性各向异性的主要原因。芳纶纤维拉伸断裂时的特征是纵向开裂而劈成许多的主要原因。芳纶纤维拉伸断裂时的特征是纵向开裂而劈成许多更细的单丝。当纤维横向受压是，受压部位会出现一定数量的纵向分层。更细的单丝。当纤维横向受压是，受压
21、部位会出现一定数量的纵向分层。第30页，共51页。31Kevlar-49化学结构的三个特征：化学结构的三个特征：含有大量的苯环，内旋转困难，为处于拉伸状态的含有大量的苯环，内旋转困难，为处于拉伸状态的刚性伸直链晶体；刚性伸直链晶体；苯环与酰胺键交替排列，全处于对位，规律性好，对苯环与酰胺键交替排列，全处于对位，规律性好，对称性好，结晶性好；称性好，结晶性好；分子间有氢键，形成梯形化合物分子间有氢键，形成梯形化合物第31页，共51页。32结构对性能的影响：结构对性能的影响：模量高。纤维这种苯环结构分子链刚性大，使它的分子链难于旋转。高聚物模量高。纤维这种苯环结构分子链刚性大，使它的分子链难于旋转
22、。高聚物分子不能折叠，又成伸展态，形成棒状结构，并具有极高结晶度，从而使分子不能折叠，又成伸展态，形成棒状结构，并具有极高结晶度，从而使纤维具有很高的模量。纤维具有很高的模量。强度高。聚合物的线形结构使分子间排列得十分紧密，分子链堆强度高。聚合物的线形结构使分子间排列得十分紧密，分子链堆积密度大，单位面积的分子链数目多，纤维具有较高的强度。积密度大，单位面积的分子链数目多，纤维具有较高的强度。各向异性。沿纤维方向是强的共价键，而在纤维的横向是较弱的氢键，是纤各向异性。沿纤维方向是强的共价键，而在纤维的横向是较弱的氢键，是纤维力学性能各向异性的主要原因。维力学性能各向异性的主要原因。韧性比韧性比
23、CFCF好。主链仍有柔性链节。好。主链仍有柔性链节。耐热性好。尺寸稳定性好。由于苯环结构的刚性，使高聚物具有晶体的耐热性好。尺寸稳定性好。由于苯环结构的刚性，使高聚物具有晶体的本质，使纤维具有高温尺寸的稳定性。本质，使纤维具有高温尺寸的稳定性。耐腐蚀性好。这种苯环结构由于环内电子的共轭作用，使纤维具有化学耐腐蚀性好。这种苯环结构由于环内电子的共轭作用，使纤维具有化学稳定性。稳定性。第32页，共51页。332.4.5 2.4.5 芳纶纤维的性能芳纶纤维的性能1）力学性能力学性能 在有机纤维中芳纶纤维的力学性能是极其优异的，即使与无机纤在有机纤维中芳纶纤维的力学性能是极其优异的，即使与无机纤维相比
24、较，其强度也不逊色。维相比较，其强度也不逊色。（1 1）弹性模量高。）弹性模量高。Kevlar-49纤维的拉伸模量纤维的拉伸模量125GP，比有，比有机纤维高得多，约为机纤维高得多，约为GF的的2倍，比碳纤维低。倍，比碳纤维低。Kevlar纤维纤维所以具有如此高的拉伸模量及强度是由于它们能形成完所以具有如此高的拉伸模量及强度是由于它们能形成完全伸直链结晶结构及高的结晶率决定的。全伸直链结晶结构及高的结晶率决定的。（2）强度高。）强度高。Kevlar-49纤维的拉伸强度纤维的拉伸强度3620MPa，与，与SGF、CF-强度相当。分子链堆积密度大，单位面积的强度相当。分子链堆积密度大，单位面积的分
25、子链数目多。分子链数目多。第33页，共51页。34（3）应力应变曲线是一条直线，属于脆性断裂。断裂延伸率）应力应变曲线是一条直线，属于脆性断裂。断裂延伸率2.5%，高于高于CF低于低于GF。（4）密度小。）密度小。Kevlar-49的密度的密度1.45g/cm3，低于，低于GF、CF，导致，导致较高的比强度。较高的比强度。(5)良好的韧性良好的韧性:分子主链上苯环间仍有柔顺的链节，微纤呈周期性弯曲，分子分子主链上苯环间仍有柔顺的链节，微纤呈周期性弯曲，分子间氢键连接，使纤维具有一定的韧性。间氢键连接，使纤维具有一定的韧性。(6)各向异性。由子轴向是伸直的分子链，以化学键相连；横向分子各向异性。
26、由子轴向是伸直的分子链，以化学键相连；横向分子链间仅以氢键作横向联结，使纤维具有各向异性特点，其横向强链间仅以氢键作横向联结，使纤维具有各向异性特点，其横向强度及模量远低于纵向强度及模量。度及模量远低于纵向强度及模量。第34页，共51页。35(7)抗压性能、抗扭性能较低。这是芳纶的致命弱点。抗压、抗抗压性能、抗扭性能较低。这是芳纶的致命弱点。抗压、抗扭性能差是因为分子间次价键连接、分子链呈弯曲状，受压扭性能差是因为分子间次价键连接、分子链呈弯曲状，受压缩、扭转时易纵向分层。缩、扭转时易纵向分层。(8)强度分散性大：纤维中及纤维表面仍存在有空隙等缺强度分散性大：纤维中及纤维表面仍存在有空隙等缺陷
27、，它也像其他脆性纤维一样，强度分散性大。强度陷，它也像其他脆性纤维一样，强度分散性大。强度值与测试标距有关。值与测试标距有关。(9)纺织性能好。因韧性大，纺织后纤维的强度保持率在纺织性能好。因韧性大，纺织后纤维的强度保持率在90以上。但以上。但(扭转扭转)对强度的影响较其他纤维大，纱的捻对强度的影响较其他纤维大，纱的捻度越大，强度损失越大。度越大，强度损失越大。(10)抗蠕变性好、抗疲劳性好。抗蠕变性好、抗疲劳性好。第35页，共51页。362 2）热性能热性能 Kevlar-49Kevlar-49纤维具有良好的热稳定性和良好的耐低温性。本身有耐火性，不纤维具有良好的热稳定性和良好的耐低温性。本
28、身有耐火性，不燃烧。在高温下不熔融，升温到燃烧。在高温下不熔融，升温到427427，纤维未熔融，即发生碳化，纤维未熔融，即发生碳化(Tm 570(Tm 570，T T碳化碳化427)427)。直至分解，不发生变形。直至分解，不发生变形(Td 500)(Td 500)。在。在-196-196低温下也不会变脆，低温下也不会变脆，仍能保持其性能。仍能保持其性能。Kevlar-49Kevlar-49纤维的纤维的Tg 327Tg 327，在空气中的长期使用温度一般不大于，在空气中的长期使用温度一般不大于160160。Kevlar-49Kevlar-49纤维纤维10001000旦细纱在旦细纱在9393空气
29、中长期存放，其强度保持率空气中长期存放，其强度保持率8787，弹性模，弹性模量保持率量保持率89.789.7。短时间内暴露在。短时间内暴露在300300以上，对于强度几乎没有影响，因此短以上，对于强度几乎没有影响，因此短期使用温度可达期使用温度可达300300。Kevlar49Kevlar49纤维热胀系数各向异性。轴向纤维热胀系数各向异性。轴向Kevlar-49Kevlar-49纤维的纵向热膨胀系数为负纤维的纵向热膨胀系数为负值，在值，在0100温度下为温度下为-2-21010-6-6/，在，在100200为为-4-41010-6-6/，横向，横向热膨胀系数热膨胀系数59591010-6-6/
30、，这一点在制备，这一点在制备Kevlar-49Kevlar-49纤维复合材料时应加以纤维复合材料时应加以考虑。考虑。第36页，共51页。373 3）耐化学稳定性耐化学稳定性 除强酸与强碱以外，芳纶几乎不受有机溶剂、油类的影响。除强酸与强碱以外，芳纶几乎不受有机溶剂、油类的影响。芳纶对紫外线是比较敏感的。若长期裸露在阳光下，其强度损失很大，因此芳纶对紫外线是比较敏感的。若长期裸露在阳光下，其强度损失很大，因此应加能阻挡紫外光的保护层。应加能阻挡紫外光的保护层。在饱和湿度下，在饱和湿度下，Kevlar-49Kevlar-49能从大气中吸收能从大气中吸收6%6%的水分，饱和吸湿率的水分，饱和吸湿率大
31、。吸湿后，由于水分子侵入纤维，会破坏氢键，使纤维强度降低，复合大。吸湿后，由于水分子侵入纤维，会破坏氢键，使纤维强度降低，复合材料压缩性能，弯曲性能降低。材料压缩性能，弯曲性能降低。Kevlar-149Kevlar-149饱和吸湿率比饱和吸湿率比Kevlar-49Kevlar-49有较大降低，耐水性提高。所以用有较大降低，耐水性提高。所以用Kevlar-49Kevlar-49制备复合材料时，必须对纤维进行制备复合材料时，必须对纤维进行80/24h80/24h的干燥。的干燥。第37页，共51页。384)4)其他性能其他性能 (1)(1)芳纶与树脂的界面粘结性不好，甚至比芳纶与树脂的界面粘结性不好
32、，甚至比CFCF差。差。KevIarKevIar纤维表面缺少化学活性基团，用等离子体空气或氯气处理纤纤维表面缺少化学活性基团，用等离子体空气或氯气处理纤维表面，可使维表面，可使KevlarKevlar纤维表面形成一些含氧或含氮的官能团，提高表面活性纤维表面形成一些含氧或含氮的官能团，提高表面活性及表面能，显著地改善对树脂的浸润性和反应性，增加界面粘结强度。及表面能，显著地改善对树脂的浸润性和反应性，增加界面粘结强度。(2)(2)芳纶的介电性能比芳纶的介电性能比GFGF好，可作雷达罩透波材料。好，可作雷达罩透波材料。可见，与碳纤维相比，可见，与碳纤维相比，KevIar-49KevIar-49纤维
33、的特点是：拉伸强度高，但模纤维的特点是：拉伸强度高，但模量低于量低于CFCF；韧性好，冲击强度高；密度小。抗压抗扭性能差，耐水性差，；韧性好，冲击强度高；密度小。抗压抗扭性能差，耐水性差，耐紫外光差。其复合材料耐紫外光差。其复合材料KFCMKFCM的致命弱点是抗压强度低、层间剪切强度的致命弱点是抗压强度低、层间剪切强度低。低。KevIar-49KevIar-49纤维适合与碳纤维混合使用，制备混杂复合材料。纤维适合与碳纤维混合使用，制备混杂复合材料。第38页，共51页。392.4.6 Kevlar2.4.6 Kevlar纤维的品种与规格纤维的品种与规格 KevlarKevlar纤维和其他增强纤维
34、一样，可以制成各种连续纤维和其他增强纤维一样，可以制成各种连续长纤维的粗、细纱，并可以纺织加工成各种织物。长纤维的粗、细纱，并可以纺织加工成各种织物。第39页，共51页。40Kevlar纤维浸渍环氧树脂缠绕美国核潜艇纤维浸渍环氧树脂缠绕美国核潜艇“三叉戟三叉戟”c4潜地导弹的固体火箭发动机壳体。潜地导弹的固体火箭发动机壳体。(1)(1)航空航天领域航空航天领域 法国德国多功能武装直升机法国德国多功能武装直升机1 1先进复合材料先进复合材料 芳纶纤维的应用芳纶纤维的应用第40页，共51页。41 (2)(2)舰船中的应用舰船中的应用 主要是用于游艇、赛艇、帆船、小型渔船、救生艇、充气船、巡逻艇的艇
35、壳材料。主要是用于游艇、赛艇、帆船、小型渔船、救生艇、充气船、巡逻艇的艇壳材料。(3)(3)汽车工业汽车工业 大量用作橡胶轮胎的帘子线、高压软管、排气管、摩擦材料和刹车片、三角皮带、同大量用作橡胶轮胎的帘子线、高压软管、排气管、摩擦材料和刹车片、三角皮带、同步齿轮带等传动带、大型运输车和冷藏车的车厢。最近广泛用作清洁能源的天然气的高压步齿轮带等传动带、大型运输车和冷藏车的车厢。最近广泛用作清洁能源的天然气的高压气瓶。气瓶。第41页，共51页。42 (1)(1)硬质防弹装甲板硬质防弹装甲板 芳纶复合材料板、芳纶芳纶复合材料板、芳纶与金属复合装甲板以及芳纶与陶瓷复合装甲板已广泛用与金属复合装甲板以
36、及芳纶与陶瓷复合装甲板已广泛用于防弹装甲车、于防弹装甲车、防弹防弹运炒车、直升飞机防弹板、战舰装甲运炒车、直升飞机防弹板、战舰装甲防护板。也可用作防弹头盔。防护板。也可用作防弹头盔。(2)(2)软质防弹背心软质防弹背心 第一代防弹芳纶是第一代防弹芳纶是Kevlar-29和和Twaron-1000Twaron-1000，第二代防弹芳纶是，第二代防弹芳纶是Kevlar-129Kevlar-129和和Twaron CT-Twaron CT-20002000，最新的软质防弹背心材料是，最新的软质防弹背心材料是Gold FlexGold Flex，这是一种由高档防，这是一种由高档防弹芳弹芳纶纶的无纬布与
37、高性能聚乙烯薄膜制成的柔性片材组合而成的的无纬布与高性能聚乙烯薄膜制成的柔性片材组合而成的软质防弹材料，比超高分子量聚软质防弹材料，比超高分子量聚乙乙烯纤维的防弹性能和耐热性更烯纤维的防弹性能和耐热性更好。好。“拦 截 者拦 截 者”防 弹 背 心防 弹 背 心 分为可拆洗式战术主背心外套分为可拆洗式战术主背心外套（丛林迷彩），（丛林迷彩），KM-2凯夫拉纤维材凯夫拉纤维材料的软质防弹内层和前后两片的防弹插料的软质防弹内层和前后两片的防弹插板三大部分。板三大部分。2 2防弹制品防弹制品 第42页，共51页。43 芳纶可用作航空航天的降落伞绳、舰船及码头用缆绳、海上油田用支撑绳、芳纶可用作航空航
38、天的降落伞绳、舰船及码头用缆绳、海上油田用支撑绳、深海系留绳等。也可用作光纤通讯电缆的加强件和复合材料芯杆。深海系留绳等。也可用作光纤通讯电缆的加强件和复合材料芯杆。3 3缆绳方面的应用缆绳方面的应用 第43页，共51页。444 4基础设施和建材方面基础设施和建材方面 1、挡土墙加筋；2、软土地基加筋，均化应力 3、高填方边坡防护，提高基底稳定性 档土墙 排水 第44页，共51页。45芳纶布在结构加固工程中应用领域芳纶布在结构加固工程中应用领域 梁梁：主要是桥梁和民用建筑或工业产房，加固的方式包括抗弯和抗剪，在进行抗弯加固时，芳纶布：主要是桥梁和民用建筑或工业产房，加固的方式包括抗弯和抗剪，在
39、进行抗弯加固时，芳纶布的纤维方向与梁的轴向一致，一般贴在梁的受拉侧，已提高梁的承载能力，据有关试验得出，只要该梁不的纤维方向与梁的轴向一致，一般贴在梁的受拉侧，已提高梁的承载能力，据有关试验得出，只要该梁不是超筋梁，贴一层是超筋梁，贴一层AK-40可以提高承载可以提高承载30左右，贴两层可以提高左右，贴两层可以提高40左右；在进行抗剪加固时，芳纶布的纤维左右；在进行抗剪加固时，芳纶布的纤维方向与梁的轴向垂直。方向与梁的轴向垂直。柱子柱子：芳纶布是一种理想的柱子加固材料，首先，因为芳纶的弹模是：芳纶布是一种理想的柱子加固材料，首先，因为芳纶的弹模是118Gpa,相对于碳纤维（弹模相对于碳纤维（弹
40、模230Gpa）,所以它的延性较好；其次，在进行棱角打磨时一般只需要所以它的延性较好；其次，在进行棱角打磨时一般只需要10mm左右，一般不需打磨，而碳纤维则需要左右，一般不需打磨，而碳纤维则需要30mm左右，芳纶就可以节约很多工时，最后，由于芳纶布是一种柔软的布，所以追随性很好，特别是对于形状不规则的承台，芳左右，芳纶就可以节约很多工时，最后，由于芳纶布是一种柔软的布，所以追随性很好，特别是对于形状不规则的承台，芳纶布是一种理想的加固材料。纶布是一种理想的加固材料。砌体砌体、板板：一般对于板的加固净空要求比较高，而且加固后要不影响其外观，所以用厚度很薄且柔软的：一般对于板的加固净空要求比较高，
41、而且加固后要不影响其外观，所以用厚度很薄且柔软的FRP复合材料进行复合材料进行加固是一种理想的选择。加固是一种理想的选择。烟囱、水塔烟囱、水塔：由于象烟囱水塔这样向高空发展的结构，加固维修特别困难，传统方法基本上很难：由于象烟囱水塔这样向高空发展的结构，加固维修特别困难，传统方法基本上很难解决这样的问题，而轻质高强、耐腐蚀、耐久性能都很好的芳纶纤维就是一种很好的选择。解决这样的问题，而轻质高强、耐腐蚀、耐久性能都很好的芳纶纤维就是一种很好的选择。地铁隧道地铁隧道：由于地铁和隧道是一种在地下工作的结构，所以它的受力与地面结构是不一样的，在洞顶和洞测：由于地铁和隧道是一种在地下工作的结构，所以它的
42、受力与地面结构是不一样的，在洞顶和洞测都有土的力的作用，而且它也有净空的要求，所以进行裂缝修补时，传统的加固方法可能性很小，用芳纶布进行都有土的力的作用，而且它也有净空的要求，所以进行裂缝修补时，传统的加固方法可能性很小，用芳纶布进行加固维修就可以满足它的各方面要求，因为在地铁或隧道的拱定或侧壁的裂缝一般是多向且不规则的，这就要求加固维修就可以满足它的各方面要求，因为在地铁或隧道的拱定或侧壁的裂缝一般是多向且不规则的，这就要求它的修复材料必须具有良好的抗剪性能才行，而且芳纶还是一种不导电的它的修复材料必须具有良好的抗剪性能才行，而且芳纶还是一种不导电的FRP材料，所以芳纶布在隧道地铁工材料，所
43、以芳纶布在隧道地铁工程中是一种最佳的选择。程中是一种最佳的选择。第45页，共51页。465 5应用于传送带应用于传送带英国三角带英国三角带 第46页，共51页。476 6应用于特种防护服装应用于特种防护服装芳纶高圈布高温防割手套赛车服第47页，共51页。487 7体育运动器材方面的应用体育运动器材方面的应用8 8电子设备方面的应用电子设备方面的应用18寸芳纶盆寸芳纶盆 2.5-18寸喇叭复合音盆，以玻璃纤维、碳素寸喇叭复合音盆，以玻璃纤维、碳素纤维、芳纶纤维及天然纤维等高科技纤维材料，以纤维、芳纶纤维及天然纤维等高科技纤维材料，以最优化的胴体几何形状生产的音盆，具有强度高，最优化的胴体几何形状生产的音盆，具有强度高，刚性好，重量轻等特点；其音质清晰圆润，低音尤刚性好，重量轻等特点；其音质清晰圆润，低音尤其是重低音力度强劲。其是重低音力度强劲。第48页，共51页。49第49页，共51页。50芳纶浆粕是对芳纶浆粕是对芳纶纤维芳纶纤维进行表进行表面原纤化处理之后便得到的，其独特面原纤化处理之后便得到的，其独特的表面结构极大地提高了混合物的抓的表面结构极大地提高了混合物的抓附力，因此非常适合作为一种增强纤附力，因此非常适合作为一种增强纤维应用于摩擦及密封产品中。维应用于摩擦及密封产品中。芳纶盘根芳纶盘根第50页，共51页。51作业：作业：P82、26、29、34第51页，共51页。
