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(chēng)Kevlar或芳綸，即芳香族聚酰胺纖維 1）1960年，美國(guó)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(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維，即芳綸1414，高強(qiáng)高模量纖維 3）1974年，美國(guó)聯(lián)邦通商委員會(huì)把全芳香族聚酰胺命名為Aramid。,一、凱夫拉纖維的發(fā)展,聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺商業(yè)名稱(chēng)： 美國(guó)Kevlar、日本帝人Technora、荷蘭阿克蘇Twaron、中國(guó)芳綸1414 聚間苯二甲酰間苯二胺 美國(guó)Nomex、日本帝人Conex、荷蘭阿克蘇Twaron 中國(guó)芳綸13

2、13,一、凱夫拉纖維的發(fā)展,凱夫拉(Kevlar)纖維國(guó)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(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家存在著一定的差距。 產(chǎn)品種類(lèi)： 輪胎簾子線(xiàn) 光纜補(bǔ)強(qiáng)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(jìn)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(gè)芳環(huán)連接而成的線(xiàn)性聚合物。芳香族聚酰胺中最具代表性的首稱(chēng)聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺(Polypphenylene terephthalamide)，簡(jiǎn)稱(chēng)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(chēng)，例如Kevlar29、Kevlar 49等。,二、Kevlar纖維的制造,1.聚合物的準(zhǔn)備： 簡(jiǎn)稱(chēng)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(qiáng)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(diǎn)。體積分?jǐn)?shù)20%,高取向的液晶,各向異性 3）聚合物體積分?jǐn)?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(diǎn),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(guò)程： 各向異性的PPTA溶液通過(guò)噴絲孔抽伸時(shí)，靠近細(xì)孔壁時(shí)產(chǎn)生剪切，當(dāng)成形絲凝

4、結(jié)時(shí)，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(shí)在空氣層中進(jìn)行適宜的噴頭拉伸，增加取向度 紡絲速度可達(dá)2000m/min,三、Kevlar纖維及其產(chǎn)品,1）Kevlar長(zhǎng)絲紗 美國(guó)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(xiàn)、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(zhǎng)紗、129-高強(qiáng)度紗、149-超高模量紗 Twaron1000-標(biāo)準(zhǔn)模量、1010-標(biāo)準(zhǔn)模量、1111-中等模量、1055-高模量、1056-高模量 Technora200-高強(qiáng)（增強(qiáng)基）、210-高強(qiáng)（繩索）、240-高強(qiáng)（機(jī)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(lán)、黑色、黃色 品種：長(zhǎng)絲和短纖維 用途：制作防護(hù)服，如消防服、運(yùn)動(dòng)員手套等 性能：與Kevlar29類(lèi)似,三、Kevlar纖維及其產(chǎn)品,3. Kevlar短纖維： 類(lèi)型：卷曲和無(wú)卷曲，長(zhǎng)度6.35-63.5mm 用途

6、：增強(qiáng)材料、替代石棉作離合器襯片、縫紉線(xiàn) 4. Kevlar織物：長(zhǎng)絲可織成機(jī)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(chē)、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(lái)開(kāi)發(fā)的對(duì)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(zhǎng)絲切斷，在水中分散進(jìn)行機(jī)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(qiáng)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(qiáng)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(xiàn)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(jī)械性能： 1）強(qiáng)伸性能：比強(qiáng)度、比模量高,對(duì)溫度不敏感 單絲強(qiáng)度：22.9-26.5cN/dtex 捻系數(shù)對(duì)強(qiáng)度的影響：開(kāi)始隨捻度增加，強(qiáng)度增加，并達(dá)到以最高值后，隨后下降。最佳捻系數(shù)1.1。 自由長(zhǎng)度：指纖維由于自身重量而斷裂的長(zhǎng)度，它等于強(qiáng)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(qiáng)度的關(guān)系,溫度與拉伸強(qiáng)度的關(guān)系,凱夫拉纖維與鋼絲自由長(zhǎng)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(zhǎng)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?yàn)樗哂懈飨虍愋?拉伸強(qiáng)度/壓縮強(qiáng)度/剪切強(qiáng)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(xué)性能： 氧化穩(wěn)定性好，有極好的穩(wěn)定性和很低的強(qiáng)度損失，在有氧環(huán)境下，長(zhǎng)時(shí)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(jī)溶劑、漂白劑以及抗蟲(chóng)蛀和霉變，對(duì)橡膠有良好的粘附性，但耐日曬和抗紫外線(xiàn)能力差,Kevlar49纖維比熱容,Kevlar29、玻纖和石棉織物的導(dǎo)熱

10、系數(shù),有機(jī)纖維燃燒時(shí)放出的氣體,五、Kevlar纖維的應(yīng)用,由于芳綸纖維的獨(dú)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(xiàn)、高強(qiáng)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(jī)的機(jī)身、機(jī)翼；內(nèi)裝修材料和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)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(chē)等 。,五、Kevlar纖維的應(yīng)用,1. 產(chǎn)業(yè)用紡織品： 纜繩類(lèi)：升降機(jī)吊索、快艇繩索 編織線(xiàn)繩類(lèi)：耐熱縫線(xiàn)、發(fā)熱線(xiàn) 編織帶類(lèi)：耐熱帶、安全帶、運(yùn)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(qiáng)格柵材料,五、Kevlar纖維的應(yīng)用,2.防護(hù)服： 防彈衣：防彈背心、防彈頭盔 切割防護(hù)：安全手套、運(yùn)動(dòng)衣等 防腐蝕