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1、第二章3 凯夫拉纤维,授课教师：刘君妹,一、凯夫拉纤维的发展,也称Kevlar或芳纶，即芳香族聚酰胺纤维1）1960年，美国杜邦研制出Nomex聚间苯二甲酰间苯二胺纤维，即芳纶1313，耐热纤维2）1965年，杜邦研制出Kevlar聚对苯二甲酰对苯二胺纤维，即芳纶1414，高强高模量纤维3）1974年，美国联邦通商委员会把全芳香族聚酰胺命名为Aramid。,一、凯夫拉纤维的发展,聚对苯二甲酰对苯二胺商业名称：美国Kevlar、日本帝人Technora、荷兰阿克苏Twaron、中国芳纶1414 聚间苯二甲酰间苯二胺 美国Nomex、日本帝人Conex、荷兰阿克苏Twaron 中国芳纶1313,一
2、、凯夫拉纤维的发展,凯夫拉(Kevlar)纤维国内发展起步阶段：技术水平、产品档次及生产能力都与国外发达国家存在着一定的差距。产品种类：轮胎帘子线光缆补强件艰难的原因生产的技术瓶颈难以突破大部分原料需要进口,Kevlar纤维或产品,Kevlar纤维或产品,Kevlar纤维或产品,Kevlar纤维或产品,Kevlar纤维或产品,二、Kevlar纤维的制造,芳香族聚酰胺是由酰胺键与两个芳环连接而成的线性聚合物。芳香族聚酰胺中最具代表性的首称聚对苯二甲酰对苯二胺(Polypphenylene terephthalamide)，简称PPTA。芳纶根据纤维大分子链节中酰胺键与亚胺键的位置，有不同的名称，
3、例如Kevlar29、Kevlar 49等。,二、Kevlar纤维的制造,1.聚合物的准备：简称PPTA(固态),二、Kevlar纤维的制造,高聚物溶液的特性：1）高聚物溶液不溶于一般的溶剂，仅溶于强酸，如硫酸、氯酸、硝酸等。一般用硫酸2）高聚物溶液呈液晶高聚物的特点。体积分数20%,高取向的液晶,各向异性3）聚合物体积分数18-22%，温度90处于可纺性良好的低粘度区,高聚物溶液的特点,二、Kevlar纤维的制造,2.纺丝：采用干喷湿法纺丝工艺,二、Kevlar纤维的制造,工艺过程：各向异性的PPTA溶液通过喷丝孔抽伸时，靠近细孔壁时产生剪切，当成形丝凝结时，将保持高取向分子结构，形成较高的
4、洁净度和较高的取向结构。,二、Kevlar纤维的制造,凝固浴的温度为0-5中间空气层间隙可使高温纺丝喷丝头和低温凝固浴保持温差，同时在空气层中进行适宜的喷头拉伸，增加取向度纺丝速度可达2000m/min,三、Kevlar纤维及其产品,1）Kevlar长丝纱美国杜邦：Kevlar、kevlar29、49、68、100、119、129、149荷兰阿克苏：Twaron1000、1010、1111、1055、1056日本帝人：Technora200、210、240,三、Kevlar纤维及其产品,Kevlar-帘子线、kevlar29-各种用途的纱、49-高模量纱、68-中模量纱、100-各种色纱、11
5、9-高伸长纱、129-高强度纱、149-超高模量纱Twaron1000-标准模量、1010-标准模量、1111-中等模量、1055-高模量、1056-高模量Technora200-高强（增强基）、210-高强（绳索）、240-高强（机织、针织物）,三、Kevlar纤维及其产品,2.Kevlar色纤维4种基本颜色：灰绿色、品蓝、黑色、黄色品种：长丝和短纤维用途：制作防护服，如消防服、运动员手套等性能：与Kevlar29类似,三、Kevlar纤维及其产品,3.Kevlar短纤维：类型：卷曲和无卷曲，长度6.35-63.5mm用途：增强材料、替代石棉作离合器衬片、缝纫线4.Kevlar织物：长丝可织
6、成机织物织物密度：轻薄、中厚织物组织：平纹、缎纹、方平用途：复合材料、装甲车、防弹服等,三、Kevlar纤维及其产品,5.芳纶的浆粕化：近十多年来开发的对位芳纶差别化产品，是高分散性的原纤化芳纶产品 制造：长丝切断，在水中分散进行机械叩解和研磨，纤维被撕裂而原纤化 用途：石棉的替代品,四、凯夫拉纤维的性能,纤维的大分子刚性极佳，链缠结少,取向度、结晶度高，分子链几乎处于完全伸直状态，这种结构使纤维表现出良好的强度、模量及热稳定性。纤维密度小，只有钢丝的15。可耐240高温。拉伸强度高，耐屈折、耐疲劳、耐腐蚀，膨胀系数小。是一种性能优异的纤维。,四、凯夫拉纤维的性能,1.物理性能：(1)有光，黄
7、色，Kevlar49为深黄色(2)线密度：大部分13.7tex，直径0.012mm(3)密度：大部分1.43-1.44g/cm3 锦纶1.14，聚酯1.38，碳纤维1.8 玻璃纤维2.25，钢丝7.8,四、凯夫拉纤维的性能,2.机械性能：1）强伸性能：比强度、比模量高,对温度不敏感单丝强度：22.9-26.5cN/dtex捻系数对强度的影响：开始随捻度增加，强度增加，并达到以最高值后，随后下降。最佳捻系数1.1。自由长度：指纤维由于自身重量而断裂的长度，它等于强度/密度。是钢丝空气中的7倍，海水中的26倍,捻系数与拉伸强度的关系,温度与拉伸强度的关系,凯夫拉纤维与钢丝自由长度的关系,61045
8、7305150 0,空气中 海水中,凯夫拉49,凯夫拉49,几种工业长丝纱性能比较,几种纤维主要性能的比较,四、凯夫拉纤维的性能,2）压缩性能：径向和轴向具有较低的压缩性能，是由它的高结晶度和高取向度决定3）剪切性能：较低，因为它具有各向异性拉伸强度/压缩强度/剪切强度/=5/17，拉伸模量/切变模量=704）耐磨性能：较低，纤维之间或纤维与金属表面摩擦，纤维易原纤化5）疲劳性能：品种不同，耐疲劳性有区别,Kevlar49拉伸、压缩和剪切性能,各种纤维的扭转切变模量,Kevlar纤维疲劳性能,四、凯夫拉纤维的性能,3.热性能具有良好的散热和绝热性能在相同重量下，Kevlar纤维比玻璃纤维和石棉
9、织物具有较好的热绝缘性具有极好的热稳定性，500以上降解抗燃性能好，不产生后燃烧，不帮助燃烧，427 炭化尺寸稳定性好，具有非常低的热收缩,四、凯夫拉纤维的性能,4.化学性能：氧化稳定性好，有极好的稳定性和很低的强度损失，在有氧环境下，长时间使用的最高温度为150度有良好的耐碱性，耐酸性好于锦纶，具有良好的耐有机溶剂、漂白剂以及抗虫蛀和霉变，对橡胶有良好的粘附性，但耐日晒和抗紫外线能力差,Kevlar49纤维比热容,Kevlar29、玻纤和石棉织物的导热系数,有机纤维燃烧时放出的气体,五、Kevlar纤维的应用,由于芳纶纤维的独特性能，使它在工业及军事上的应用十分广泛。在工业上可制作轮胎帘子线
10、、高强度索具、耐压容器等。在军事方面如制作防弹衣、头盔、装甲板等。芳纶纤维可用做飞机的机身、机翼；内装修材料和火箭发动机外壳。用以制作体育器材，从根本上改变了器材的性能，如高尔夫球杆、冰球杆、网球拍、滑雪板、赛艇、赛车等。,五、Kevlar纤维的应用,1.产业用纺织品：缆绳类：升降机吊索、快艇绳索编织线绳类：耐热缝线、发热线编织带类：耐热带、安全带、运输带织物：篷布、耐热帆布、降落伞用布非织造布：耐热毡土工布：增强格栅材料,五、Kevlar纤维的应用,2.防护服：防弹衣：防弹背心、防弹头盔切割防护：安全手套、运动衣等防腐蚀：工作防护服,五、Kevlar纤维的应用,3.增强材料：轮胎运力带胶管复合材料,五、Kevlar纤维的应用,3.石棉替代品摩擦材料：刹车垫片、离合器衬垫密封材料：密封垫片、气缸垫工业用纸：耐热绝缘纸、工业特种用纸,五、Kevlar纤维的应用,4.水泥补强建筑材料：地基屋顶材料补强材料：钢筋替代材料,
