第二章3凱夫拉纖維

1、一、凱夫拉纖維的發(fā)展一、凱夫拉纖維的發(fā)展 也稱也稱KevlarKevlar或芳綸，即芳香族聚酰胺纖維或芳綸，即芳香族聚酰胺纖維1 1）19601960年，美國杜邦研制出年，美國杜邦研制出NomexNomex聚間聚間苯二甲酰間苯二胺纖維，即芳綸苯二甲酰間苯二胺纖維，即芳綸13131313，耐，耐熱纖維熱纖維2 2）19651965年，杜邦研制出年，杜邦研制出KevlarKevlar聚對苯二聚對苯二甲酰對苯二胺纖維，即芳綸甲酰對苯二胺纖維，即芳綸14141414，高強高，高強高模量纖維模量纖維3 3）19741974年，美國聯(lián)邦通商委員會把全芳香族年，美國聯(lián)邦通商委員會把全芳香族聚酰胺命名為聚酰胺

2、命名為AramidAramid。一、凱夫拉纖維的發(fā)展一、凱夫拉纖維的發(fā)展 聚對苯二甲酰對苯二胺商業(yè)名稱：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1313一、凱夫拉纖維的發(fā)展一、凱夫拉纖維的發(fā)展凱夫拉凱夫拉(Kevlar)(Kevlar)纖維國內(nèi)發(fā)展纖維國內(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。與國外發(fā)達國家存在著一定的差距。產(chǎn)品種類：產(chǎn)品種類： 輪胎

3、簾子線輪胎簾子線 光纜補強件光纜補強件艱難的原因艱難的原因 生產(chǎn)的技術(shù)瓶頸難以突破生產(chǎn)的技術(shù)瓶頸難以突破 大部分原料需要進口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、二、KevlarKevlar纖維的制造纖維的制造 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首稱聚對苯二甲酰對苯二胺(Polypphenylene terephthalamide)，簡稱，簡稱PPTA。

4、 芳綸根據(jù)纖維大分子鏈節(jié)中酰胺鍵與亞胺鍵的芳綸根據(jù)纖維大分子鏈節(jié)中酰胺鍵與亞胺鍵的位置，有不同的名稱，例如位置，有不同的名稱，例如Kevlar29、Kevlar 49等。等。二、二、KevlarKevlar纖維的制造纖維的制造1.1.聚合物的準備聚合物的準備： 簡稱簡稱PPTA (固態(tài))二、二、KevlarKevlar纖維的制造纖維的制造 高聚物溶液的特性：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

5、的特點二、二、KevlarKevlar纖維的制造纖維的制造 2. 2. 紡絲：采用紡絲：采用干噴干噴濕法濕法紡絲工藝紡絲工藝二、二、KevlarKevlar纖維的制造纖維的制造 工藝過程：工藝過程： 各向異性的各向異性的PPTAPPTA溶液通過噴絲孔抽伸時，溶液通過噴絲孔抽伸時，靠近細孔壁時產(chǎn)生剪切，當成形絲凝結(jié)靠近細孔壁時產(chǎn)生剪切，當成形絲凝結(jié)時，將保持高取向分子結(jié)構(gòu)，形成較高時，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)。的潔凈度和較高的取向結(jié)構(gòu)。二、二、KevlarKevlar纖維的制造纖維的制造 凝固浴的溫度為凝固浴的溫度為0 -50 -5 中間空氣層間隙可使高溫紡絲噴絲頭

6、和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，增加取向度進行適宜的噴頭拉伸，增加取向度 紡絲速度可達紡絲速度可達2000m/min2000m/min三、三、KevlarKevlar纖維及其產(chǎn)品纖維及其產(chǎn)品1）Kevlar長絲紗長絲紗 美國杜邦美國杜邦：Kevlar、kevlar29、49、68、100、119、129、149 荷蘭阿克蘇荷蘭阿克蘇：Twaron1000、1010、1111、1055、1056 日本帝人日本帝人：Technora200、210、240三、三、KevlarKevlar纖維及其產(chǎn)品纖維及其產(chǎn)

7、品 Kevlar-簾子線、kevlar29-各種用途的紗、49-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、三、KevlarKevlar纖維及其產(chǎn)品纖維及其產(chǎn)品2. Kevlar色纖維4 4種基本顏色：灰綠色、品藍、黑色、黃色種基本顏色：灰綠色、品藍、黑色、黃色品種：長絲和短纖維品種：長絲和短纖維用途：制作防護服，如消防服、運動員手套用途：

8、制作防護服，如消防服、運動員手套等等性能：與性能：與Kevlar29Kevlar29類似類似三、三、KevlarKevlar纖維及其產(chǎn)品纖維及其產(chǎn)品3. Kevlar短纖維：短纖維：類型：卷曲和無卷曲，長度類型：卷曲和無卷曲，長度6.35-63.5mm用途：增強材料、替代石棉作離合器襯片、縫紉線用途：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：長絲可織成機織物織物密度：輕薄、中厚織物密度：輕薄、中厚織物組織：平紋、緞紋、方平織物組織：平紋、緞紋、方平用途：復合材料、裝甲車、防彈服等用途：復合材料、裝甲車、防彈服等三、三、KevlarKevlar纖維及其產(chǎn)

9、品纖維及其產(chǎn)品5. 芳綸的漿粕化：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，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叩解和研磨，纖維被撕裂而原纖化 用途：石棉的替代品用途：石棉的替代品四、凱夫拉纖維的性能四、凱夫拉纖維的性能 纖維的大分子剛性極佳，鏈纏結(jié)少纖維的大分子剛性極佳，鏈纏結(jié)少,取向度、取向度、結(jié)晶度高，分子鏈幾乎處于完全伸直狀態(tài)，這結(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)種結(jié)構(gòu)使纖維表現(xiàn)出

10、良好的強度、模量及熱穩(wěn)定性定性 。 纖維密度小，只有鋼絲的纖維密度小，只有鋼絲的15。 可耐可耐240高溫。高溫。 拉伸強度高，耐屈折、耐疲勞、耐腐蝕，膨拉伸強度高，耐屈折、耐疲勞、耐腐蝕，膨脹系數(shù)小。脹系數(shù)小。 是一種性能優(yōu)異的纖維。是一種性能優(yōu)異的纖維。四、凱夫拉纖維的性能四、凱夫拉纖維的性能1. 1. 物理性能：物理性能：(1)(1)有光，黃色，有光，黃色，Kevlar49Kevlar49為深黃色為深黃色(2)(2)線密度：大部分線密度：大部分13.7tex13.7tex，直徑，直徑0.012mm0.012mm(3)(3)密度：大部分密度：大部分1.43-1.44g/cm1.43-1.4

11、4g/cm3 3 錦綸錦綸1.141.14，聚酯，聚酯1.381.38，碳纖維，碳纖維1.81.8 玻璃纖維玻璃纖維2.252.25，鋼絲鋼絲7.87.8四、凱夫拉纖維的性能2.2.機械性能：機械性能：1 1）強伸性能：）強伸性能：比強度、比模量高比強度、比模量高, ,對溫度不敏感對溫度不敏感單絲強度：單絲強度：22.9-26.5cN/dtex22.9-26.5cN/dtex捻系數(shù)對強度的影響：開始隨捻度增加，強度增加，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)并達到以最高值后，隨后下降。最佳捻系數(shù)1.11.1。自由長度自由長度：指纖維由于自身重量而斷

12、裂的長度，它等：指纖維由于自身重量而斷裂的長度，它等于強度于強度/ /密度。是鋼絲空氣中的密度。是鋼絲空氣中的7 7倍，海水中的倍，海水中的2626倍倍捻系數(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)系凱夫拉纖維與鋼絲自由長度的關(guān)系鋼絲鋼絲610457305150 0 空氣中空氣中 海水中海水中凱夫拉49凱夫拉49幾種工業(yè)長絲紗性能比較項目Kevlar49錦綸728聚酯68玻璃纖維E-HTS不銹鋼斷裂強度cN/dtex19.28.68.19.52.2模量cN/dtex861.948.4100.0270.4254.4斷裂伸長%2.518.314.53.52.0密度g/cm3

13、1.441.141.382.557.86幾種纖維主要性能的比較幾種纖維主要性能的比較項目單位Kevlar29Kevlar49CarbonEGlass密度 抗張強度彈性模量斷裂伸長g/cm3 MPaGPa%1.442.76623.81.452.761312.41.803.652351.32.541.52694.0fiber modulus (Gpa)fiber strain (%)1234124E-glass (350 ksi)Aramid (500 ksi) Carbon (600 ksi)fiber modulus (Gpa)fiber strain (%)1234124E-glass (3

14、50 ksi)Aramid (500 ksi) Carbon (600 ksi)四、凱夫拉纖維的性能2 2）壓縮性能：）壓縮性能：徑向和軸向具有較低的壓縮性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能，是由它的高結(jié)晶度和高取向度決定3 3）剪切性能：）剪切性能：較低，因為它具有各向異性較低，因為它具有各向異性拉伸強度拉伸強度/ /壓縮強度壓縮強度/ /剪切強度剪切強度/=5/17/=5/17，拉伸模，拉伸模量量/ /切變模量切變模量=70=704 4）耐磨性能：）耐磨性能：較低，纖維之間或纖維與金屬較低，纖維之間或纖維與金屬表面摩擦，纖維易原纖化表面摩擦，纖維易原纖化5 5）

15、疲勞性能疲勞性能：品種不同，耐疲勞性有區(qū)別：品種不同，耐疲勞性有區(qū)別Kevlar49拉伸、壓縮和剪切性能拉伸壓縮剪切斷裂強度cN/dtex斷裂應變或屈服應變%模量cN/dtex24.12.50898.64.60.50896.61.210.012.4各種纖維的扭轉(zhuǎn)切變模量纖維 切變模量GPa拉伸模量/切變模量纖維切變模量GPa拉伸模量/切變模量玻纖鋼錦綸丙綸聚酯0.33-0.480.750.852.02.85.8粘膠羊毛腈綸Kevlar490.84-1.21.301.0-1.61.808.23.270.0Kevlar纖維疲勞性能四、凱夫拉纖維的性能四、凱夫拉纖維的性能3. 3. 熱性能熱性能 具

16、有良好的散熱和絕熱性能具有良好的散熱和絕熱性能 在相同重量下，在相同重量下，KevlarKevlar纖維比玻璃纖維和石棉纖維比玻璃纖維和石棉織物具有較好的熱絕緣性織物具有較好的熱絕緣性 具有極好的熱穩(wěn)定性，具有極好的熱穩(wěn)定性，500500以上降解以上降解 抗燃性能好，不產(chǎn)生后燃燒，不幫助燃燒，抗燃性能好，不產(chǎn)生后燃燒，不幫助燃燒，427 427 炭化炭化 尺寸穩(wěn)定性好，具有非常低的熱收縮尺寸穩(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失，在有

17、氧環(huán)境下，長時間使用的最高溫度為150150度度 有良好的耐堿性，耐酸性好于錦綸，具有良好的有良好的耐堿性，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纖維比熱容溫度溫度/K/K比熱比熱kj/(kgK) 溫度溫度/K/K比熱比熱kj/(kgK)2733233734231220160019902360473523573262027402840Kevlar29、玻纖和石棉織物的導熱系數(shù)織物面密度g/m2厚度mmKJ/(m2s)溫速(/25

18、s)Kevlar29Kevlar29（3股）Kevlar29（氈）玻纖玻纖8股石棉333998917285228213860.762.162.670.302.162.2913.56.83.525.04.47.06030161111931有機纖維燃燒時放出的氣體有機纖維燃燒時放出的氣體CO2COC2H2C2H4CH4N2OHCNANNH3HClK49腈綸改性錦綸錦66羊毛聚酯18501300110012001100100050170110250120300510507612151517182510101045172030144050301750803.53520五、五、KevlarKevlar纖維的應用纖維的應用 由于芳綸纖維的獨特性能，使它在工業(yè)及軍事由于芳綸纖維的獨特性能，使它在工業(yè)及軍事上的應用十分廣泛。在工業(yè)上可制作輪胎簾子上的應用十分廣泛。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