第二章3凱夫拉纖維.ppt

1、第二章3 凱夫拉纖維,授課教師：劉君妹,一、凱夫拉纖維的發(fā)展,也稱Kevlar或芳綸，即芳香族聚酰胺纖維 1）1960年，美國杜邦研制出Nomex聚間苯二甲酰間苯二胺纖維，即芳綸1313，耐熱纖維 2）1965年，杜邦研制出Kevlar聚對苯二甲酰對苯二胺纖維，即芳綸1414，高強高模量纖維 3）1974年，美國聯(lián)邦通商委員會把全芳香族聚酰胺命名為Aramid。,一、凱夫拉纖維的發(fā)展,聚對苯二甲酰對苯二胺商業(yè)名稱： 美國Kevlar、日本帝人Technora、荷蘭阿克蘇Twaron、中國芳綸1414 聚間苯二甲酰間苯二胺 美國Nomex、日本帝人Conex、荷蘭阿克蘇Twaron 中國芳綸13

2、13,一、凱夫拉纖維的發(fā)展,凱夫拉(Kevlar)纖維國內(nèi)發(fā)展 起步階段：技術(shù)水平、產(chǎn)品檔次及生產(chǎn)能力都與國外發(fā)達國家存在著一定的差距。 產(chǎn)品種類： 輪胎簾子線 光纜補強件 艱難的原因 生產(chǎn)的技術(shù)瓶頸難以突破 大部分原料需要進口,Kevlar纖維或產(chǎn)品,Kevlar纖維或產(chǎn)品,Kevlar纖維或產(chǎn)品,Kevlar纖維或產(chǎn)品,Kevlar纖維或產(chǎn)品,二、Kevlar纖維的制造,芳香族聚酰胺是由酰胺鍵與兩個芳環(huán)連接而成的線性聚合物。芳香族聚酰胺中最具代表性的首稱聚對苯二甲酰對苯二胺(Polypphenylene terephthalamide)，簡稱PPTA。 芳綸根據(jù)纖維大分子鏈節(jié)中酰胺鍵與亞胺

3、鍵的位置，有不同的名稱，例如Kevlar29、Kevlar 49等。,二、Kevlar纖維的制造,1.聚合物的準備： 簡稱PPTA (固態(tài)),二、Kevlar纖維的制造,高聚物溶液的特性： 1）高聚物溶液不溶于一般的溶劑，僅溶于強酸，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點。體積分數(shù)20%,高取向的液晶,各向異性 3）聚合物體積分數(shù)18-22%，溫度90處于可紡性良好的低粘度區(qū),高聚物溶液的特點,二、Kevlar纖維的制造,2. 紡絲：采用干噴濕法紡絲工藝,二、Kevlar纖維的制造,工藝過程： 各向異性的PPTA溶液通過噴絲孔抽伸時，靠近細孔壁時產(chǎn)生剪切，當成形絲凝

4、結(jié)時，將保持高取向分子結(jié)構(gòu)，形成較高的潔凈度和較高的取向結(jié)構(gòu)。,二、Kevlar纖維的制造,凝固浴的溫度為0 -5 中間空氣層間隙可使高溫紡絲噴絲頭和低溫凝固浴保持溫差，同時在空氣層中進行適宜的噴頭拉伸，增加取向度 紡絲速度可達2000m/min,三、Kevlar纖維及其產(chǎn)品,1）Kevlar長絲紗 美國杜邦：Kevlar、kevlar29、49、68、100、119、129、149 荷蘭阿克蘇：Twaron1000、1010、1111、1055、1056 日本帝人：Technora200、210、240,三、Kevlar纖維及其產(chǎn)品,Kevlar-簾子線、kevlar29-各種用途的紗、49

5、-高模量紗、68-中模量紗、100-各種色紗、119-高伸長紗、129-高強度紗、149-超高模量紗 Twaron1000-標準模量、1010-標準模量、1111-中等模量、1055-高模量、1056-高模量 Technora200-高強（增強基）、210-高強（繩索）、240-高強（機織、針織物）,三、Kevlar纖維及其產(chǎn)品,2. Kevlar色纖維 4種基本顏色：灰綠色、品藍、黑色、黃色 品種：長絲和短纖維 用途：制作防護服，如消防服、運動員手套等 性能：與Kevlar29類似,三、Kevlar纖維及其產(chǎn)品,3. Kevlar短纖維： 類型：卷曲和無卷曲，長度6.35-63.5mm 用途

6、：增強材料、替代石棉作離合器襯片、縫紉線 4. Kevlar織物：長絲可織成機織物 織物密度：輕薄、中厚 織物組織：平紋、緞紋、方平 用途：復(fù)合材料、裝甲車、防彈服等,三、Kevlar纖維及其產(chǎn)品,5. 芳綸的漿粕化： 近十多年來開發(fā)的對位芳綸差別化產(chǎn)品，是高分散性的原纖化芳綸產(chǎn)品 制造：長絲切斷，在水中分散進行機械叩解和研磨，纖維被撕裂而原纖化 用途：石棉的替代品,四、凱夫拉纖維的性能,纖維的大分子剛性極佳，鏈纏結(jié)少,取向度、結(jié)晶度高，分子鏈幾乎處于完全伸直狀態(tài)，這種結(jié)構(gòu)使纖維表現(xiàn)出良好的強度、模量及熱穩(wěn)定性 。 纖維密度小，只有鋼絲的15。 可耐240高溫。 拉伸強度高，耐屈折、耐疲勞、耐

7、腐蝕，膨脹系數(shù)小。 是一種性能優(yōu)異的纖維。,四、凱夫拉纖維的性能,1. 物理性能： (1)有光，黃色，Kevlar49為深黃色 (2)線密度：大部分13.7tex，直徑0.012mm (3)密度：大部分1.43-1.44g/cm3 錦綸1.14，聚酯1.38，碳纖維1.8 玻璃纖維2.25，鋼絲7.8,四、凱夫拉纖維的性能,2.機械性能： 1）強伸性能：比強度、比模量高,對溫度不敏感 單絲強度：22.9-26.5cN/dtex 捻系數(shù)對強度的影響：開始隨捻度增加，強度增加，并達到以最高值后，隨后下降。最佳捻系數(shù)1.1。 自由長度：指纖維由于自身重量而斷裂的長度，它等于強度/密度。是鋼絲空氣中的

8、7倍，海水中的26倍,捻系數(shù)與拉伸強度的關(guān)系,溫度與拉伸強度的關(guān)系,凱夫拉纖維與鋼絲自由長度的關(guān)系,610 457 305 150 0,空氣中 海水中,凱夫拉49,凱夫拉49,幾種工業(yè)長絲紗性能比較,幾種纖維主要性能的比較,四、凱夫拉纖維的性能,2）壓縮性能：徑向和軸向具有較低的壓縮性能，是由它的高結(jié)晶度和高取向度決定 3）剪切性能：較低，因為它具有各向異性 拉伸強度/壓縮強度/剪切強度/=5/17，拉伸模量/切變模量=70 4）耐磨性能：較低，纖維之間或纖維與金屬表面摩擦，纖維易原纖化 5）疲勞性能：品種不同，耐疲勞性有區(qū)別,Kevlar49拉伸、壓縮和剪切性能,各種纖維的扭轉(zhuǎn)切變模量,Ke

9、vlar纖維疲勞性能,四、凱夫拉纖維的性能,3. 熱性能 具有良好的散熱和絕熱性能 在相同重量下，Kevlar纖維比玻璃纖維和石棉織物具有較好的熱絕緣性 具有極好的熱穩(wěn)定性，500以上降解 抗燃性能好，不產(chǎn)生后燃燒，不幫助燃燒，427 炭化 尺寸穩(wěn)定性好，具有非常低的熱收縮,四、凱夫拉纖維的性能,4. 化學性能： 氧化穩(wěn)定性好，有極好的穩(wěn)定性和很低的強度損失，在有氧環(huán)境下，長時間使用的最高溫度為150度 有良好的耐堿性，耐酸性好于錦綸，具有良好的耐有機溶劑、漂白劑以及抗蟲蛀和霉變，對橡膠有良好的粘附性，但耐日曬和抗紫外線能力差,Kevlar49纖維比熱容,Kevlar29、玻纖和石棉織物的導熱

10、系數(shù),有機纖維燃燒時放出的氣體,五、Kevlar纖維的應(yīng)用,由于芳綸纖維的獨特性能，使它在工業(yè)及軍事上的應(yīng)用十分廣泛。在工業(yè)上可制作輪胎簾子線、高強度索具、耐壓容器等。在軍事方面如制作防彈衣、頭盔、裝甲板等。芳綸纖維可用做飛機的機身、機翼；內(nèi)裝修材料和火箭發(fā)動機外殼。用以制作體育器材，從根本上改變了器材的性能，如高爾夫球桿、冰球桿、網(wǎng)球拍、滑雪板、賽艇、賽車等 。,五、Kevlar纖維的應(yīng)用,1. 產(chǎn)業(yè)用紡織品： 纜繩類：升降機吊索、快艇繩索 編織線繩類：耐熱縫線、發(fā)熱線 編織帶類：耐熱帶、安全帶、運輸帶 織物：篷布、耐熱帆布、降落傘用布 非織造布：耐熱氈 土工布：增強格柵材料,五、Kevlar纖維的應(yīng)用,2.防護服： 防彈衣：防彈背心、防彈頭盔 切割防護：安全手套、運動衣等 防腐蝕